BR112013004939B1 - método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA AVALIAR A PLASTICIDADE TÉRMICA DE CARVÕES E ADITIVOS DE FORMAÇÃO DE TORTA E MÉTODO PARA PRODUZIR COQUE. A presente invenção refere-se à plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta que é medida enquanto simula o ambiente que irá circundar os carvões termicamente plásticos e aditivos de formação de torta em um forno de coque, de modo que a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta possa ser avaliada de maneira mais precisa por um método simples. A invenção proporciona um método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, e um método para produzir coque usando os valores medidos. A invenção envolve um método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, que inclui acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra 1; dispor um material de furo atravessante 2 que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra 1; aquecer a amostra 1 em uma taxa de aquecimento predeterminada enquanto mantém um volume constante ou enquanto aplica uma carga constante sobre a amostra 1 e o material de furo atravessante 2; medir (...).
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta durante a carbonização. O método é uma das abordagens para avaliar a qualidade de carvões de coque e aditivos de formação de torta. A invenção também se refere a um método para produzir coque usando o método de avaliação.
[0002] Em um método de alto-forno que é o método mais comum para produção de ferro-gusa, o coque desempenha inúmeros papeis, por exemplo, como um agente de redução para minério de ferro, como uma fonte de calor e como um espaçador. A fim de operar um alto- forno de maneira estável e eficiente, é importante que a permeabilidade a gás no alto-forno seja mantida. Deste modo, existe a necessidade de que o coque de alta resistência seja produzido. O coque é produzido através da carbonização de uma mistura de carvão, que é uma mistura de diversos tipos de carvões de coque que foram triturados, em um forno de coque. Durante a carbonização, o carvão de coque amolece e funde em temperaturas na faixa de cerca de 300°C a 550°C e, ao mesmo tempo, matérias voláteis são afastadas para formar um gás que causa expansão, de modo que as partículas sejam aderidas entre di para fornecer uma massa de semicoque. O semicoque é posteriormente densificado ao ser contraído no curso onde a temperatura é elevada a quase 1000°C, resultando em um coque rígido (uma torta de coque). Deste modo, a adesividade do carvão termicamente plástico influencia muito propriedades, tais como, resistência de coque e diâmetro de partícula após a carbonização.
[0003] A fim de melhorar a adesão do carvão de coque (mistura de carvão), adota-se geralmente um método de produção de coque geralmente é em que uma mistura de carvão é misturada com um aditivo de formação de torta que exibe alta fluidez em temperaturas onde o carvão se torna amolecido e fundido. Aqui, os exemplos dos aditivos de formação de torta incluem piches de alcatrão, piches de petróleo, carvões refinados com solvente e carvões extraídos com solvente. De maneira similar ao carvão, a adesão destes aditivos de formação de torta em um estado termicamente plástico afeta as propriedades de coque após a carbonização.
[0004] Na produção de coque em um forno de coque, o coque carbonizado é descarregado do forno de coque com uma máquina de pressão. Se o grau de encolhimento da própria torta de coque produzida for baixo, a descarga para fora do forno se torna difícil. Isto pode levar a "adesivos (ou pressão difícil)", isto é, um problema em que o coque não pode ser descarregado do forno. A estrutura de uma torta de coque carbonizada é amplamente afetada por alterações de volume do carvão e semicoque durante o processo de carbonização. Sabe-se que o encolhimento de semicoque tem uma boa correlação com o conteúdo volátil de carvão (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 1). Em muitos casos, os conteúdos voláteis de misturas de carvão são controlados para serem substancialmente constantes para operações na mesma usina. Deste modo, as características de alteração de volume de carvão plástico afetam muito a estrutura de uma torta de coque carbonizada.
[0005] Conforme mencionado acima, a plasticidade térmica do carvão é muito importante devido às suas grandes influências nas propriedades de estruturas de coque e torta de coque após a carbonização. Deste modo, os métodos para medir estas características vêm sendo ativamente estudados há muito tempo. Em particular, a resistência de coque, que é uma qualidade de coque importante, é muito afetada pelas propriedades de carvão de matéria-prima, especialmente a classificação de carvão e plasticidade térmica. A plasticidade térmica é exibida quando o carvão se torna amolecido e fundido quando aquecido, e geralmente é medida e avaliada em relação às propriedades, tais como, fluidez, viscosidade, adesão e capacidade de expansão do carvão termicamente plástico.
[0006] Da plasticidade térmica do carvão, a fluidez de carvão termicamente plástico é comumente medida por um método de teste de fluidez de carvão baseado em um método de plastômetro Gieseler especificado em JIS M 8801. De acordo com um método de plastômetro Gieseler, o carvão que foi triturado em tamanhos de não mais que 425 pm é colocado em um cadinho prescrito e é aquecido em uma taxa de aumento de temperatura especificada enquanto a velocidade rotational de uma haste de agitação sob um torque especificado é lida em um mostrador e é indicada em termos de ddpm (divisão de mostrador por minuto).
[0007] Embora um método de plastômetro Gieseler meça a velocidade rotational de uma haste de agitação sob um torque constante, outros métodos avaliam o torque em uma velocidade rotational constante. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 descreve um método em que o torque é medido enquanto gira um rotor em uma velocidade rotational constante.
[0008] Visando medir a viscosidade que é uma plasticidade térmica fisicamente significativa, existem métodos para medir a viscosidade com um viscoelastômetro dinâmico (vide, por exemplo, Literatura de Patente 2). A viscoelastometria dinâmica é uma medição de comportamentos viscoelásticos observados quando um corpo viscoelástico for submetido a forças periódicas. No método descrito na Literatura de Patente 2, a viscosidade do carvão termicamente plástico é avaliada com base no coeficiente de viscosidade complexa entre os parâmetros obtidos pela medição. Este método é caracterizado pelo fato de que a viscosidade do carvão termicamente plástico é mensurável em uma determinada taxa de cisalhamento.
[0009] Ademais, relatou-se que a plasticidade térmica do carvão é avaliada medindo-se a adesão do carvão termicamente plástico em relação ao carvão ativado ou esferas de vidro. Em tal método, uma pequena quantidade de uma amostra de carvão, verticalmente ensan- duichada entre os carvões ativados ou esferas de vidro, é aquecida em plasticidade térmica e é posteriormente resfriada, e a adesão do carvão em relação aos carvões ativados ou às esferas de vidro é visualmente observada.
[00010] Um método comum para medir a capacidade de expansão do carvão termicamente plástico é um método de dilatômetro especificado em JIS M 8801. Em um método de dilatômetro, o carvão que foi triturado em tamanhos não maiores que 250 pm é compactado por um método especificado, colocado em um cadinho prescrito e aquecido a uma taxa de aumento de temperatura especificada enquanto o deslocamento do carvão é medido ao longo do tempo usando uma haste de detecção disposta no topo do carvão.
[00011] A fim de estimular termicamente os comportamentos plásticos do carvão em um forno de coque, são conhecidos métodos de teste de capacidade de expansão de carvão que realizam a simulação otimizada de comportamentos de permeação para um gás gerado durante a plastificação do carvão (vide, por exemplo, Literatura de Patente 3). De acordo com tal método, um material permeável é disposto entre uma camada de carvão e um pistão ou é disposto entre uma camada de carvão e um pistão, assim como no fundo da camada de carvão, a fim de aumentar os caminhos através dos quais as matérias voláteis e substâncias líquidas geradas a partir do carvão podem passar aproximando, deste modo, o ambiente de medição mais estreitamente a um ambiente em que os comportamentos de expansão realmente ocorrem em um forno de coque. Também se conhece um método similar em que a capacidade de expansão do carvão é medida ao dispor um material que tem um caminho passante sobre uma camada de carvão e aquecer por microondas o carvão enquanto aplica uma carga neste (vide Literatura de Patente 4).
[00012] [PTL 1] publicação de pedido de patente japonesa não examinada número 6-347392
[00013] [PTL 2] publicação de pedido de patente japonesa não examinada número 2000-304674
[00014] [PTL 3] patente japonesa número 2855728
[00015] [PTL 4] publicação de pedido de patente japonesa não examinada número 2009-204609
[00016] [NPL 1] C. Meyer et al.: "Gluckauf Forshungshefte", Vol. 42, 1981, pp. 233-239
[00017] [NPL 2] Morotomi et al.: "Journal of the Fuel Society of Japan", Vol. 53, 1974, pp. 779-790
[00018] [NPL 3] D. W. van Krevelen: "Coal", 1993, pp. 693-695
[00019] [NPL 4] Miyazu et al.: "Nippon Kokan Gihou (Nippon Kokan Technical Report)", Vol. 67, 1975, pp. 125-137
[00020] [NPL 5] Kamioka et al.: "Tetsu to Hagane (Iron and Steel)", Vol. 93, 2007, pp. 728-735 Problema da Técnica
[00021] A fim de avaliar os comportamentos termicamente plásticos do carvão em um forno de coque, é necessário que a plasticidade térmica do carvão seja medida enquanto simula o ambiente que irá cir- cundar o carvão termicamente plástico em um forno de coque. O carvão plastificado em um forno de coque, assim como, um ambiente que circunda o carvão serão descritos em detalhes abaixo.
[00022] Em um forno de coque, o carvão termicamente plástico é constrito entre camadas adjacentes. Devido ao fato de que a conduti- vidade térmica do carvão é baixa, o carvão em um forno de coque não é uniformemente aquecido e apresenta estados diferentes. Ou seja, este forma uma camada de coque, uma camada termicamente plástica e uma camada de carvão a partir do lado de parede do forno, isto é, o lado de face de aquecimento. Embora o próprio forno de coque seja ligeiramente dilatado durante a carbonização, não existe substancialmente nenhuma deformação. Deste modo, o carvão termicamente plástico é constrito entre a camada de coque adjacente e a camada de carvão.
[00023] Ademais, o carvão termicamente plástico é circundado por um grande número de estruturas defeituosas, tais como, espaços vazios entre as partículas de carvão em uma camada de carvão, espaços vazios interpartículas no carvão termicamente plástico, grandes poros formados pela volatilização do gás termicamente decomposto, e rachaduras em uma camada de coque adjacente. Em particular, con- sidera-se que as rachaduras que ocorreram em uma camada de coque sejam de cerca de diversas centenas de micrômetros a diversos milímetros de largura, maior que os espaços vazios ou poros interpartícula de carvão cujos tamanhos são de cerca de diversas dezenas a diversas centenas de micrômetros. Deste modo, é provável que não apenas os gases termicamente decompostos e substâncias líquidas que são subprodutos do carvão, mas, também, o próprio carvão termicamente plástico seja permeado em tais falhas grandes formadas em uma camada de coque. Ademais, espera-se que a taxa de cisalha- mento que atua no carvão termicamente plástico durante a permeação seja diferente de marca para marca.
[00024] Conforme mencionado acima, as condições de restrição e condições de permeação precisam ser otimizadas a fim de medir a plasticidade térmica do carvão enquanto simulam o ambiente que irá circundar o carvão termicamente plástico em um forno de coque. Entretanto, os métodos existentes apresentam os seguintes problemas.
[00025] Em um método de plastômetro Gieseler, a medição é realizada em relação ao carvão colocado em um recipiente. Deste modo, este método apresenta um problema em que nenhuma consideração é fornecida às condições de restrição ou condições de permeação. Ademais, este método não é adequado para a medição de carvão que exibe fluidez alta. Isto ocorre porque quando o carvão altamente fluido for medido, ocorre um fenômeno em que os arredores da parede interna de um recipiente se tornam vazios (efeito Weissenberg) e uma haste de agitação é girada em marcha lenta e pode falhar para avaliar a fluidez de maneira precisa (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 2).
[00026] De maneira similar, os métodos baseados na medição de torque em uma velocidade de revolução constante são problemáticos pelo fato de que as condições de restrição e condições de permeação não são consideradas. Ademais, devido ao fato de a medição ser realizada em uma taxa de cisalhamento constante, tais métodos não podem comparar e avaliar a plasticidade térmica dos carvões de maneira precisa pela razão descrita acima.
[00027] Um viscoelastômetro dinâmico é um aparelho dedicado a medir a viscosidade como uma plasticidade térmica e capaz de medir a viscosidade em qualquer taxa de cisalhamento. Deste modo, a viscosidade do carvão termicamente plástico em um forno de coque é mensurável ajustando-se a taxa de cisalhamento na medição a um valor de cisalhamento que irá atuar no carvão em um forno de coque. Entretanto, geralmente é difícil medir ou estimar de antemão a taxa de cisalhamento em um forno de coque para cada marca.
[00028] A reprodução de condições de permeação em termos da presença de uma camada de carvão é tentada em métodos que avaliam a plasticidade térmica do carvão medindo-se a adesão em relação ao carvão ativado ou esferas de vidro. Entretanto, tais métodos apresentam um problema devido ao fato de que eles não simulam a presença de uma camada de coque e grandes falhas, assim como, devido ao fato de que a medição não é restrita.
[00029] O método de teste de capacidade de expansão de carvão da Literatura de Patente 3, que envolve o uso de um material permeável considera o movimento de gases e substâncias líquidas geradas a partir do carvão. Entretanto, este método é problemático devido ao fato de que o movimento do próprio carvão termicamente plástico não é atendido. A razão para esta negligencia consiste no fato de que a permeabilidade do material permeável usado na Literatura de Patente 3 não é alta o suficiente para o carvão termicamente plástico permear o material. Os presentes inventores na verdade realizam um teste de acordo com a descrição na Literatura de Patente 3 para confirmar que o carvão termicamente plástico não permeia o material permeável. Consequentemente, é necessário que novas condições sejam projetadas para permitir que o carvão termicamente plástico permeie o material permeável.
[00030] A Literatura de Patente 4 descreve um método similar para medir a capacidade de expansão do carvão dispondo-se um material que tem um caminho passante sobre uma camada de carvão, em consideração aos movimentos de gases e substâncias líquidas gerados a partir do carvão. Entretanto, este método apresenta problemas pelo fato de que o método de aquecimento é limitado e a literatura não especifica as condições para avaliar um fenômeno de permeação em um forno de coque. Ademais, a Literatura de Patente 4 não descreve claramente uma relação entre um fenômeno de permeação e um comportamento termicamente plástico de fusão de carvão, e não indica uma relação entre o fenômeno de permeação de fusão de carvão e a qualidade de coque produzido. Deste modo, esta literatura não atende a produção de coque de alta qualidade.
[00031] Conforme descrito acima, as técnicas existentes são incapazes de medir a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, tais como, propriedades de fluidez, viscosidade, adesão, permeação, coeficiente de expansão durante a permeação, e pressão durante a permeação, enquanto simulam de maneira suficiente o ambiente que irá circundar os carvões termicamente plásticos e aditivos de formação de torta em um forno de coque.
[00032] A fim de solucionar os problemas da técnica mencionados acima e realizar a medição da plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta enquanto simula de maneira suficiente o ambiente que irá circundar os carvões termicamente plásticos e aditivos de formação de torta em um forno de coque, um objetivo da presente invenção consiste em proporcionar um método simples e mais preciso para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta.
[00033] Ademais, a precisão mais alta na avaliação da plasticidade térmica torna possível entender as influências de carvões e aditivos de formação de torta na resistência de coque de maneira mais precisa. Ao utilizar estas descobertas, outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um método para produzir coque de alta resistência ajus- tando-se um novo critério para a mistura de carvões.
[00034] As características da presente invenção que visam solucionar os problemas mencionados acima são resumidas da seguinte ma- neira:
[00035] (1) Um método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta, que inclui:
[00036] acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra,
[00037] dispor um material que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra,
[00038] aquecer a amostra enquanto mantém a amostra e o material de furo atravessante em um volume constante,
[00039] medir a distância de permeação com a qual a amostra derretida foi permeada nos furos atravessantes, e
[00040] avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido.
[00041] (2) Um método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta, que inclui:
[00042] acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra,
[00043] dispor um material de furo atravessante que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra,
[00044] aquecer a amostra enquanto mantém a amostra e o material de furo atravessante em um volume constante,
[00045] medir a pressão da amostra que é transmitida através do material de furo atravessante, e
[00046] avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido.
[00047] (3) Um método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta, que inclui:
[00048] acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra,
[00049] dispor um material de furo atravessante que tem furos atravessardes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra,
[00050] aquecer a amostra enquanto aplica uma carga constante sobre o material de furo atravessante,
[00051] medir a distância de permeação com a qual a amostra derretida foi permeada nos furos atravessantes, e
[00052] avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido.
[00053] (4) Um método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta, que inclui:
[00054] acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra,
[00055] dispor um material de furo atravessante que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra,
[00056] aquecer a amostra enquanto aplica uma carga constante sobre o material de furo atravessante,
[00057] medir o coeficiente de expansão da amostra, e avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido.
[00058] (5) O método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta descrito em qualquer um entre (1) e (4), em que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm.
[00059] (6) O método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta descrito em (5), em que o carvão ou o aditivo de formação de torta é triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa.
[00060] (7) O método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta descrito em qualquer um entre (1) e (4), em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada ou uma camada de partícula não esférica acondicionada.
[00061] (8) O método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta descrito em (7), em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada.
[00062] (9) O método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta descrito em (8), em que a camada de partícula esférica acondicionada inclui esferas de vidro.
[00063] (10) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em qualquer um entre (1) e (4), em que a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte.
[00064] (11) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (10), em que a taxa de aquecimento é de 2 a 4°C/min.
[00065] (12) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (3) ou (4), em que a aplicação de uma carga constante inclui aplicar tal carga em que a pressão na superfície superior do material de furo atravessante se torna 5 a 80 kPa.
[00066] (13) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (12), em que a aplicação de uma carga inclui aplicar tal carga em que a pressão na su- perfície superior do material de furo atravessante se torna 15 a 55 kPa.
[00067] (14) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (1) ou (2), em que
[00068] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e
[00069] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
[00070] (15) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (3) ou (4), em que
[00071] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e
[00072] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 5 a 80 kPa sejam obtidos.
[00073] (16) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (1) ou (2), em que
[00074] a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm,
[00075] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e
[00076] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
[00077] (17) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (3) ou (4), em que
[00078] a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm,
[00079] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e
[00080] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 5 a 80 kPa sejam obtidos.
[00081] (18) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (1) ou (2), em que
[00082] a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm,
[00083] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm, e
[00084] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
[00085] (19) O método para avaliar a plasticidade térmica de car vões e aditivos de formação de torta descrito em (3) ou (4), em que
[00086] a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0e8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm,
[00087] a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm, e
[00088] o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 50 kPa sejam obtidos.
[00089] (20) Um método para produzir coque, que inclui:
[00090] medir a distância de permeação, que é uma plasticidade térmica do carvão, em relação ao carvão ou carvões a serem adicionados em uma mistura de carvão de coque que tem um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima, logMF, de não menos que 3,0,
[00091] com base em um valor de média ponderada das distâncias de permeação medidas, determinar a razão de mistura dos carvões que têm um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima, logMF, de não menos que 3,0, e
[00092] carbonizar os carvões que foram misturados de acordo com a razão de mistura determinada.
[00093] (21) O método para produzir coque descrito em (20), em que
[00094] a distância de distância de permeação é medida por (1) a (4) abaixo, e
[00095] a razão de mistura é determinada determinando-se as proporções dos carvões que têm um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima, logMF, de não menos que 3,0 de modo que o valor de média ponderada das distâncias de permeação medidas se torne não mais que 15 mm,
[00096] (1) um carvão ou um aditivo de formação de torta é tritura do, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e o carvão ou aditivo de formação de torta triturado seja acondicionado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm preparando, deste modo, uma amostra,
[00097] (2) esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm são dis postas sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm,
[00098] (3) a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante,
[00099] (4) a distância de permeação da amostra derretida que foi permeada na camada de esfera de vidro é medida.
[000100] (22) O método para produzir coque descrito em (20), em que
[000101] a distância de permeação é medida por (1) a (4) abaixo, e
[000102] a razão de mistura é determinada determinando-se as proporções dos carvões que têm um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima, logMF, de não menos que 3,0 de modo que o valor de média ponderada das distâncias de permeação medidas se torne não mais que 17 mm,
[000103] (1) um carvão ou um aditivo de formação de torta é triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e o carvão ou aditivo de formação de torta triturado seja acondicionado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm preparando, deste modo, uma amostra,
[000104] (2) esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm são dispostas sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm,
[000105] (3) a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 50 kPa sejam obtidos,
[000106] (4) a distância de permeação da amostra derretida que foi permeada na camada de esfera de vidro é medida.
[000107] (23) Um método para produzir coque, que inclui:
[000108] determinar de antemão marcas de carvões ou aditivos de formação de torta a serem adicionadas a uma mistura de carvão de coque, assim como, a razão de mistura total de um carvão ou carvões com logMF de menos que 3,0 em relação à mistura de carvão,
[000109] medir a distância de permeação em relação ao carvão ou carvões que têm um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima, logMF, de não menos que 3,0, entre os carvões a serem adicionados à mistura de carvão de coque,
[000110] determinar uma relação entre a distância de permeação de média ponderada dos carvões ou aditivos de formação de torta com logMF de não menos que 3,0 que serão adicionados às misturas de carvão, e a resistência de coque obtida com as misturas de carvão preparadas enquanto altera as proporções das marcas individuais de carvões, sendo que a relação é obtida alterando-se as proporções das marcas individuais de carvões ou aditivos de formação de torta com a razão de mistura total do carvão ou carvões com logMF de menos que 3,0 sendo mantida constante em relação à mistura de carvão, e
[000111] ajustar a distância de permeação de média ponderada controlando-se a marca e a proporção dos carvões com logMF de não menos que 3,0 a fim de atingir a resistência de coque que não é menor que um valor desejado.
[000112] (24) O método para produzir coque descrito em (23), em que a distância de permeação é medida sob condições selecionadas a partir da faixa descrita abaixo:
[000113] um carvão ou um aditivo de formação de torta é triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa; o material triturado é acondicionado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm preparando, deste modo, uma amostra; esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm são dispostas sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm; e a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aumento de temperatura de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
[000114] (25) O método para produzir coque descrito em (23), em que a distância de permeação é medida sob condições selecionadas a partir da faixa descrita abaixo:
[000115] um carvão ou um aditivo de formação de torta é triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa; o material triturado é acondicionado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm preparando, deste modo, uma amostra; esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm são dispostas sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm; e a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aumento de temperatura de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que uma pressão de 5 a 80 kPa seja obtida.
[000116] De acordo com a presente invenção, é possível avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, isto é, a distância de permeação de um plástico térmico em estruturas defeituosas, o coeficiente de expansão durante a permeação, e a pressão durante a permeação enquanto simula as influências de estruturas defeituosas que estarão presentes ao redor da camada termicamente plástica de carvões e aditivos de formação de torta em um forno de coque, em particular, as influências de rachaduras presentes em uma camada de coque adjacente à camada termicamente plástica, assim como, reproduzir apropriadamente as condições de restrição que irão circundar o plástico térmico em um forno de coque. Em detalhes, a invenção torna possível medir a distância de permeação de um plástico térmico em estruturas defeituosas, o coeficiente de expansão durante a permeação, e a pressão durante a permeação enquanto simula uma taxa de cisalhamento na qual carvões e aditivos de formação de torta que foram plastificados em um forno de coque irá se mover e alterar formas. Com os valores medidos, as propriedades de coque e estrutu- ras de torta de coque podem ser estimadas com precisão mais alta que a obtida pelos métodos convencionais.
[000117] Deste modo, comportamentos termicamente plásticos do carvão em um forno de coque podem ser avaliados de maneira precisa, e os dados obtidos podem ser utilizados na produção de coque de alta resistência.
[000118] A Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra um exemplo de um aparelho para uso na invenção para medir a plasticidade térmica enquanto mantém uma amostra e um material de furo atravessante que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores até inferiores em um volume constante.
[000119] A Figura 2 é uma vista esquemática que ilustra um exemplo de um aparelho para uso na invenção para medir a plasticidade térmica enquanto aplica uma carga constante sobre uma amostra e um material de furo atravessante.
[000120] A Figura 3 é uma vista esquemática que ilustra um material de furo atravessante com furos atravessantes circulares como um exemplo do material de furo atravessantes para uso na invenção.
[000121] A Figura 4 é uma vista esquemática que ilustra uma camada de partícula esférica acondicionada como um exemplo dos materiais de furo atravessante para uso na invenção.
[000122] A Figura 5 é uma vista esquemática que ilustra uma camada acondicionada com cilindro como um exemplo dos materiais de furo atravessante para uso na invenção.
[000123] A Figura 6 é um gráfico que mostra resultados da medição da distância de permeação dos carvões termicamente plásticos no Exemplo 1.
[000124] A Figura 7 é um gráfico que mostra resultados da medição da distância de permeação de carvões termicamente plásticos no
[000125] A Figura 8 é um gráfico que mostra a relação entre a distância de permeação medida e a distância de permeação de média ponderada das misturas de carvão termicamente plástico no Exemplo 3.
[000126] A Figura 9 é um gráfico que mostra a relação entre a distância de permeação de média ponderada (medida ao aquecer sob uma carga constante) de um carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF 3,0 que é adicionado a uma mistura de carvão, e a resistência ao tambor medida no Exemplo 4.
[000127] A Figura 10 é um gráfico que mostra a relação entre a distância de permeação de média ponderada (media ao aquecer em um volume constante) de um carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF 3,0 que é adicionado a uma mistura de carvão, e a resistência ao tambor medida no Exemplo 4.
[000128] A Figura 11 é uma imagem que mostra uma estrutura de coque obtida através da carbonização de uma mistura de carvão A que continha carvão A que tem uma distância de permeação adequada.
[000129] A Figura 12 é uma imagem que mostra uma estrutura de coque obtida através da carbonização de uma mistura de carvão F que continha carvão F que tem uma distância de permeação excessivamente grande.
[000130] Os aparelhos exemplificativos usados na invenção para medir a plasticidade térmica são ilustrados nas Figuras 1 e 2. O aparelho ilustrado na Figura 1 se dedica a aquecer uma amostra de um carvão ou um aditivo de formação de torta enquanto mantém a amostra e um material que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores até inferiores em um volume constante. O aparelho ilustrado na Figura 2 se dedica a aquecer uma amostra de um carvão ou um aditivo de formação de torta enquanto aplica uma carga constante sobre a amostra e um material de furo atravessante. Um carvão ou um aditivo de formação de torta é acondicionado em uma parte inferior de um re-cipiente 3 para fornecer uma amostra 1. Um material de furo atravessante 2 é disposto no topo da amostra 1. A amostra 1 é aquecida a ou acima de uma faixa de temperaturas na qual a amostra se torna amolecida e derretida, a fim de fazer com que a amostra permeie no material de furo atravessante 2. Esta distância de permeação é medida. O aquecimento acima é realizado em uma atmosfera de gás inerte. Aqui, o termo "gás inerte" se refere a um gás que não reagem com o carvão na faixa de temperatura de medição. Os gases típicos incluem gás ar- gônio, gás hélio e gás nitrogênio.
[000131] No caso em que a amostra 1 é aquecida enquanto mantém a amostra 1 e o material de furo atravessante 2 em um volume constante, a pressão durante a permeação da amostra pode ser medida através do material de furo atravessante 2. Conforme ilustrado na Figura 1, uma haste de detecção de pressão 4 é disposta na superfície superior do material de furo atravessante 2, e uma célula de carga 6 é colocada em contato com a extremidade superior da haste de detecção de pressão 4 para medir a pressão. A fim de manter um volume constante, a célula de carga 6 é fixada a fim de não se mover em uma direção vertical. Antes de iniciar o aquecimento, o material de furo atravessante 2, a haste de detecção de pressão 4 e a célula de carga 6 são colocados em contato próximo em relação à amostra acondicionada no recipiente 3 a fim de assegurar que não exista nenhum vão entre qualquer um destes elementos. No caso em que o material de furo atravessante 2 é uma camada de partícula acondicionada, a haste de detecção de pressão 4 pode ser enterrada na camada de partícula acondicionada. Deste modo, é desejável que uma placa seja inserida entre o material de furo atravessante 2 e a haste de detecção de pres-são 4.
[000132] Quando a amostra 1 for aquecida enquanto aplica uma carga constante sobre a amostra 1 e o material de furo atravessante 2, permite-se que a amostra 1 seja expandida ou contraída, a fim de mover o material de furo atravessante 2 em uma direção vertical. Deste modo, o coeficiente de expansão durante a permeação de amostra pode ser medido através do material de furo atravessante 2. Para este propósito, conforme ilustrado na Figura 2, um haste de detecção de coeficiente de expansão 13 pode ser disposto na superfície superior do material de furo atravessante 2, um peso de carga 14 pode ser co-locado sobre a extremidade superior da haste de detecção de coeficiente de expansão 13, e um medidor de deslocamento 15 pode ser disposto acima da unidade para medir o coeficiente de expansão. O medidor de deslocamento 15 pode ser capaz de medir o coeficiente de expansão em uma faixa em que a amostra pode ser expandida (-100% a 3000). Devido ao fato de que o interior do sistema de aquecimento precisa ser mantido em uma atmosfera de gás inerte, um medidor de deslocamento do tipo sem contato é adequado, e um medidor de deslocamento óptico é desejavelmente usado. A atmosfera de gás inerte é preferencialmente uma atmosfera de nitrogênio. No caso em que o material de furo atravessante 2 é uma camada de partícula acondicionada, a haste de detecção de coeficiente de expansão 13 pode ser enterrada na camada de partícula acondicionada. Deste modo, é desejável que uma placa seja inserida entre o material de furo atravessante 2 e a haste de detecção de coeficiente de expansão 13. A carga é preferencialmente aplicada de maneira uniforme sobre a superfície superior do material de furo atravessante disposto na superfície superior da amostra. É desejável que uma pressão de 5 a 80 kPa, de preferência, 15 a 55 kPa e, mais preferencialmente, 25 a 50 kPa seja aplicada so- bre a área da superfície superior do material de furo atravessante. Esta pressão é preferencialmente ajustada com base na pressão de expansão de uma camada termicamente plástica em um forno de coque. Os presentes inventores estudaram a capacidade de reprodução de resultados de medição e o poder para a detecção de diferenças de marca em relação a diversos tipos de carvões. Como um resultado, os presentes inventores descobriram que uma pressão que é ligeiramente mais alta que a pressão de expansão em um forno, em detalhes, uma pressão de cerca de 25 a 50 kPa é mais preferível como uma condição de medição.
[000133] Desejavelmente, o meio de aquecimento é de um tipo capaz de aquecer a amostra em uma taxa de aumento de temperatura predeterminada enquanto mede a temperatura da amostra. Os exemplos específicos incluem um forno elétrico, um sistema de aquecimento externo que é uma combinação de um recipiente condutor e indução de alta frequência, e um sistema de aquecimento interno, tal como, microondas. No caso em que um sistema de aquecimento interno é adotado, precisa-se desenvolver um desenho que permita que a temperatura interna da amostra se torne uniforme. Por exemplo, é preferível desenvolver uma medida que aumente as propriedades de isolamento térmico do recipiente.
[000134] A fim de simular os comportamentos termicamente plásticos de carvões e aditivos de formação de torta em um forno de coque, a taxa de aquecimento precisa corresponder a uma taxa de aquecimento para o carvão em um forno de coque. A taxa de aquecimento para o carvão ao redor das temperaturas de amolecimento e fusão em um forno de coque é geralmente de 2 a 10°C/min., embora variável dependendo de uma localização dentro do forno e condições de operação e, desejavelmente, de 2 a 4°C/min. e, de maneira mais desejável, cerca de 3°C/min. em termos de taxa de aquecimento média. No caso de carvões de baixa fluidez, tais como, carvões de não coque e carvões ligeiramente de coque, entretanto, o aquecimento a 3°C/min. resulta em uma distância de permeação pequena e expansão pequena que podem ser difíceis de detectar. Geralmente, sabe-se que o carvão é aprimorado em fluidez de acordo com um plastômetro Gieseler ao ser rapidamente aquecido (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 3). Deste modo, no caso de um carvão com uma distância de permeação, por exemplo, de 1 mm ou menos, a medição pode ser realizada em uma taxa de aquecimento aumentada de 10 a 1000°C/min. a fim de aumentar sensibilidade de detecção.
[000135] Uma vez que a medição visa avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, o aquecimento pode ser realizado em tal extensão em que a temperatura é aumentada em temperaturas de amolecimento e fusão de carvões e aditivos de formação de torta. Devido às temperaturas de amolecimento e fusão de carvões e aditivos de formação de torta para a produção de coque, o aquecimento pode ser realizado em uma taxa de aquecimento predeterminada de 0°C (temperatura ambiente) a 550°C e, de preferência, de 300 a 550°C que é uma faixa de temperaturas na qual o carvão se torna amolecido e derretido.
[000136] O material de furo atravessante é, desejavelmente, aquele cujo coeficiente de permeabilidade pode ser medido ou calculado de antemão. As configurações exemplificativas dos materiais incluem materiais integrais que têm furos atravessantes, e camadas acondicionadas de partícula. Os exemplos dos materiais integrais que têm furos atravessantes incluem materiais que têm furos atravessantes circulares 16, conforme ilustrado na Figura 3, os materiais que têm furos atravessantes retangulares, e materiais que têm furos atravessantes irregulares. As camadas acondicionadas de partícula são amplamente classificadas em camadas de partícula esférica acondicionadas e ca- madas de partícula não esférica acondicionadas. Os exemplos das camadas de partícula esférica acondicionadas incluem camadas formadas de partículas acondicionadas 17, tais como, esferas, conforme ilustrado na Figura 4. Os exemplos das camadas de partícula não esférica acondicionadas incluem camadas de partículas irregulares e camadas formadas por cilindros acondicionados 18, conforme ilustrado na Figura 5. A fim de assegurar a capacidade de reprodução da medição, o coeficiente de permeabilidade é, desejavelmente, tão uniforme quanto possível ao longo do material. Para medição simples, é desejável que o material permita o cálculo fácil de seu coeficiente de permeabilidade. Deste modo, uma camada de partícula esférica acondicionada é particularmente desejada para uso como o material de furo atravessante na presente invenção. A substância que forma o material de furo atravessante não é particularmente especificada desde que não seja substancialmente deformada a ou acima das temperaturas de amolecimento e fusão do carvão, em detalhes, até 600°C, e não reaja com o carvão. A altura do material não é particularmente limitada desde que o material seja alto o bastante para aceitar a permeação de fusão de carvão. No caso em que uma camada de carvão com uma espessura de 5 a 20 mm é aquecida, a altura do material de furo atravessante é de aproximadamente cerca de 20 a 100 mm.
[000137] É necessário que o coeficiente de permeabilidade do material de furo atravessante seja ajustado supondo-se que o coeficiente de permeabilidade de falhas grandes esteja presente em uma camada de coque. Os presentes inventores estudaram um coeficiente de permeabilidade particularmente preferido na invenção enquanto consideram os fatores constituintes de tais falhas grandes e supõem os tamanhos destas. Como um resultado, os presentes inventores descobriram que um coeficiente de permeabilidade de 1 x 108 a 2 x 109 m-2 é mais adequado. Este coeficiente de permeabilidade é derivado com base na lei de Darcy representada pela Equação (1) abaixo: ΔP/L = K • p • u (1)
[000138] em que ΔP é a perda de pressão [Pa] dentro do material de furo atravessante, L é a altura [m] do material de furo atravessante, K é o coeficiente de permeabilidade [nr2], p é a viscosidade [Pa*s] do fluido, e u é a velocidade [m/s] do fluido. Por exemplo, no caso em que uma camada de esferas de vidro com um diâmetro de partícula uniforme é usada como o material de furo atravessante, é desejável selecionar esferas de vidro com um diâmetro de cerca de 0,2 mm a 3,5 mm, de maneira mais desejável, 2 mm, a fim de atingir o coeficiente de permeabilidade adequado mencionado acima.
[000139] Os carvões e aditivos de formação de torta para medição de amostras são triturados de antemão e são acondicionados com uma densidade de acondicionamento predeterminada e uma espessura de camada predeterminada. O tamanho de partícula triturada pode ser similar a um tamanho de partícula de carvão carregada em um forno de coque (partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm que representam cerca de 70 a 80% em massa, em relação ao total). Alternativamente, o material de amostra é preferencialmente triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa. Devido ao fato de que a medição é efetuada com um aparelho pequeno, é particularmente preferível que todo o material triturado tenha um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm. O material triturado pode ser acondicionado com uma densidade de 0,7 a 0,9 g/cm3 de acordo com uma densidade de acondicionamento possível em um forno de coque. Com base nos resultados de estudos sobre capacidade de reprodução e poder de detecção, os presentes inventores descobriram que a densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 é preferível. Com base na espessura de uma camada termicamente plástica em um for- no de coque, a espessura da camada acondicionada pode ser de 5 a 20 mm. Os estudos sobre a capacidade de reprodução e poder de detecção efetuados pelos presentes inventores revelaram que uma espessura de camada de 10 mm é preferível.
[000140] É essencialmente desejável que a distância de permeação de um carvão termicamente plástico ou um aditivo de formação de torta termicamente plástico seja mensurável de maneira constante e contínua durante o aquecimento. Entretanto, a medição constante é difícil, por exemplo, devido às influências do alcatrão gerado a partir da amostra. A expansão e permeação do carvão através do aquecimento são fenômenos irreversíveis. Deste modo, uma vez que o carvão foi expandido ou permeado, o formato deste é substancialmente mantido mesmo se o carvão for resfriado. Com base neste fato, a medição pode ser realizada de tal modo que após a permeação de uma fusão de carvão ter terminado, todo o recipiente seja resfriado e a extensão na qual a permeação ocorreu durante o aquecimento é determinada me- dindo-se uma distância de permeação após o resfriamento. Por exemplo, o material de furo atravessante pode ser removido do recipiente resfriado e a distância pode ser diretamente medida com um calibre vernier ou uma régua. No caso em que o material de furo atravessante são partículas, o plástico térmico que foi permeado nos espaços vazios interpartículas liga a camada de partícula através da distância de permeação. Deste modo, desde que uma relação entre a massa e a altura da camada de partícula acondicionada tenha sido medida de antemão, a distância de permeação pode ser calculada medindo-se a massa de partículas que não são ligadas entre si após a conclusão da permeação, e subtraindo a massa medida a partir da massa inicial para fornecer a massa das partículas ligadas.
[000141] A equação (1) descrita acima inclui o termo de viscosidade (11). Deste modo, o termo de viscosidade do plástico térmico que foi permeado no material de furo atravessante pode ser derivado dos parâmetros medidos, de acordo com a invenção. Por exemplo, no caso em que a amostra é aquecida enquanto a amostra e o material de furo atravessante são mantidos em um volume constante, AP corresponde à pressão durante a permeação, L à distância de permeação e u à velocidade de permeação, de modo que o termo viscosidade possa ser derivado substituindo-se os parâmetros acima na Equação (1). Alternativamente, no caso em que a amostra é aquecida enquanto uma carga constante é aplicada sobre a amostra e o material de furo atravessante, AP corresponde à pressão da carga aplicada, L à distância de permeação e u à velocidade de permeação, de modo que a viscosidade pode ser derivada de maneira similar substituindo-se os parâmetros acima na Equação (1).
[000142] Conforme demonstrado acima, a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta é avaliada medindo-se uma distância de permeação, a pressão ou o coeficiente de expansão de carvões termicamente plásticos e aditivos de formação de torta termicamente plásticos. Aqui, a frase "plasticidade térmica de uma amostra (um carvão ou um aditivo de formação de torta) é avaliada" na invenção significa que pelo menos a distância de permeação, a pressão e o coeficiente de expansão são medidos e, com base nos valores medidos, indicadores para avaliar quantitativamente os comportamentos de fusão de carvão, assim como, os fenômenos consequentes (por exemplo, propriedades de coque produzido, resistência à pressão de coque) são obtidos. Os valores medidos da distância de permeação, da pressão e do coeficiente de expansão podem ser usados em combinação com outros valores de propriedade (por exemplo, MF). Alternativamente, um ou mais entre a distância de permeação, a pressão e o coeficiente de expansão selecionados podem ser usados sozinhos. No último caso, a avaliação da plasticidade térmica é referida sendo produzida quando os valores medidos da distância de permeação, da pressão e do coeficiente de expansão forem obtidos. Ou seja, medir a distância de permeação, a pressão e o coeficiente de expansão tem substancialmente o mesmo sentido que avaliar a plasticidade térmica. Ademais, a distância de permeação, a pressão e o coeficiente de expansão podem ser usados como parâmetros na estimação da resistência de coque, de modo que se torne possível produzir o coque que tem resistência adequada através da mistura de carvões de inúmeras marcas. O indicador mais comum de resistência de coque é a resistência ao tambor em temperatura normal. Além da resistência ao tambor, outras propriedades de coque, tais como, CSR (resistência de coque após reação) (resistência após reação de CO2), resistência e mi- crorresistência à tração podem ser estimadas com base nos parâmetros acima, de modo que se torne possível produzir 0 coque que tem resistência desejada através da mistura de carvões de inúmeras marcas.
[000143] Em uma teoria de mistura de carvão convencional para estimar a resistência de coque, imagina-se que a resistência de coque seja determinada principalmente por uma refletância de vitrinito máxima média (Ro) e um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima (MF) (logMF) de carvão (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 4). A fluidez Gieseler é um indicador de fluidez exibido quando 0 carvão for termicamente plástico, e é representada em termos da velocidade rotational de uma haste de agitação de um plastômetro Gieseler, isto é, 0 grau de rotações por 1 minuto em unidade ddpm (divisão de mostrador por minuto). A propriedade de carvão usada é a fluidez máxima (MF). Alternativamente, 0 logaritmo comum de ddpm é algumas vezes usado. Devido ao fato de que se imagina que a distância de permeação, de acordo com a invenção, seja um parâmetro que indica a fluidez sob condições que simulam comportamentos termicamente plásti- cos em um forno de coque, este parâmetro será superior a um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima logMF na estimação de propriedades de coque ou estruturas de torta de coque.
[000144] Esta superioridade da distância de permeação é esperável a princípio com base no fato de que o método de medição simula um ambiente em um forno de coque, e foi confirmado pelos resultados de um estudo que examinou as influencias da distância de permeação na resistência de coque. Na verdade, descobriu-se através do método de avaliação inventivo que carvões com logMF similar têm distâncias de permeação diferentes dependendo das marcas. Confirmou-se adicionalmente que a resistência de coque é afetada de maneira diferente quando os carvões que têm distâncias de permeação forem mistura-dos e produzidos no coque. Em detalhes, conforme será demonstrado posteriormente nos Exemplos, uma relação ocorre de modo que a resistência de coque seja diminuída após o valor de distância de permeação exceda um determinado limite. As razões para isto são consideradas da seguinte maneira.
[000145] Quando os carvões que têm uma distância de permeação longa forem misturados, a proporção de carvões que exibe propriedades de fusão suficientes durante a carbonização é considerada alta. Entretanto, supõe-se que os carvões que têm uma distância de permeação excessivamente longa permeiam entre as partículas de carvão circundantes em tal extensão marcada em que as regiões onde estas partículas de carvão estiveram presentes são deixadas como cavidades grandes, levando a falhas. Embora um conceito convencional baseado na fluidez Gieseler máxima tenha antecipado a possibili-dade de uma redução na resistência de coque no caso de uma mistura de carvão que apresenta fluidez muito alta (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 4), ainda é impossível esclarecer comportamentos de marcas individuais que têm fluidez alta. Uma das razões para isto ocorre provavelmente devido ao fato de que a medição de fluidez Gieseler convencional é incapaz de uma medição precisa de propriedades em fluidez alta devido ao efeito Weissenberg mencionado acima. O método inventivo de medição permitiu a avaliação mais precisa de propriedades de fusões, particularmente, em fluidez alta. Deste modo, a presente invenção efetuou avanços significativos ao tornar possível esclarecer as diferenças em propriedades entre plásticos térmicos que eram difíceis de distinguir por métodos convencionais, assim como, ao permitir a melhor avaliação de uma relação entre comportamentos termicamente plásticos e estruturas de coque.
[000146] Os presentes inventores estabeleceram condições de medição adequadas no método inventivo, e concluíram um método para produzir coque de alta resistência usando os resultados de medição. Exemplos
[000147] Serão descritos os exemplos de medição de aquecimento de volume constante para amostras de carvões e aditivos de formação de torta em combinação com um material que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores até inferiores. A distância de permeação e a pressão durante a permeação foram medidas usando 17 tipos de carvões e 4 tipos de aditivos de formação de torta (carvões A a Q, aditivos de formação de torta R a U) como amostras. A Tabela 1 descreve propriedades (refletância máxima média: Ro, valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima: logMF, teor de matéria volátil: VM, teor de cinza: Cinza) dos carvões e dos aditivos de formação de torta usados. A medição da fluidez dos aditivos de formação de torta usados no presente documento através de um método de plastômetro Gieseler resultou em valores logarítmicos comuns de todas estas fluidezes de Gieseler máximas (logMF) sendo 4,8, que era o limite de detecção. Tabela 1
[000148] Com o uso de um aparelho similar aquele ilustrado na Figura 1, a distância de permeação e a pressão durante a permeação foram medidas. O sistema de aquecimento era um sistema de aquecimento por indução de alta frequência. Ou seja, um elemento de aquecimento 8 e um recipiente 3 na Figura 1 eram uma bobina de aquecimento por indução e um recipiente de grafite dielétrico. O recipiente 3 tinha 18 mm de diâmetro e 37 mm de altura. As esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm foram usadas como um material de furo atravessante 2. O recipiente foi carregado com 2,04 g de uma amostra que foi triturada em um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm e foi seca a vácuo a temperatura ambiente. Um peso que pesa 200 g foi solto a partir de cima da amostra cinco vezes com uma distância de queda de 20 mm acondicionando, deste modo, a amostra. (Neste momento, a espessura da camada de amostra era de 10 mm.) A seguir, as esferas de vidro com um diâmetro de 2 mm foram dispostas na camada acondicionada da amostra 1, a fim de atingir uma espessura de 25 mm preparando, deste modo, uma camada de esfera de vidro acondicionada como o material de furo atravessante 2. Na camada de esfera de vidro acondicionada, um disco de silimanita com um diâmetro de 17 mm e uma espessura de 5 mm foi disposto, e uma haste de quartzo como uma haste de detecção de pressão 4 foi adicionalmente disposta nesta. Com o uso de gás nitrogênio como um gás inerte, a amostra foi aquecida a partir da temperatura ambiente a 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. Durante o aquecimento, a pressão transmitida através da haste de detecção de pressão 4 foi medida com uma célula de carga 6. Após a conclusão do aquecimento, o resfriamento foi realizado em uma atmosfera de nitrogênio. As esferas que não aderiram ao plástico térmico foram coletadas a partir do recipiente resfriado 3, e a massa destas foi medida.
[000149] A distância de permeação foi determinada com base na altura de acondicionamento da camada de esfera que foi aderida em conjunto. Uma relação foi obtida de antemão entre a altura de acondicionamento e a massa da camada de esfera de vidro acondicionada, de modo que se tornou possível que a partir da massa de esferas que aderiram entre si ao plástico térmico, a altura de acondicionamento de tais esferas de vidro fosse derivada, conforme mostrado na Equação (2) abaixo. A distância de permeação foi derivada a partir da Equação (2). L = (G - M) x H - (2)
[000150] em que L é a distância de permeação [mm], G a massa [g] das esferas de vidro acondicionadas, M a massa [g] das esferas que não aderiram entre si ao plástico térmico, e H a altura da camada acondicionada por 1 g das esferas de vidro acondicionadas neste aparelho experimental [mm/g].
[000151] Para os aditivos de formação de torta, a distância de permeação foi medida usando-se um recipiente de amostra com o mesmo diâmetro, conforme descrito acima, porém, com uma altura de 100 mm, e dispondo-se a camada de esfera de vidro acondicionada com uma espessura de 80 mm sobre a amostra. Esta configuração foi adotada devido ao fato de que distância de permeação dos aditivos de formação de torta era grande. De maneira separada, foram realizados testes em que um carvão foi acondicionado com uma espessura de camada de amostra constante enquanto alteram a altura do recipiente e a espessura da camada de esfera de vidro acondicionada. Os valores medidos da distância de permeação são idênticos desde que a espessura da camada de esfera de vidro acondicionada seja maior que a distância de permeação.
[000152] A Tabela 2 descreve os resultados de medição da distância de permeação e da pressão máxima durante a permeação. A Figura 6 mostra uma relação entre os resultados de medição da distância de permeação e os valores logarítmicos de fluidez Gieseler máxima (logMF). (A representação gráfica excluiu os valores de aditivos de formação de torta cujo valor MF não foi medido de maneira precisa). Tabela 2
[000153] A partir da Figura 6, a distância de permeação mostrou uma determinada extensão de correlação com o logMF, embora inúmeras marcas tenham desviado da correlação. Ademais, os resultados de medição para os aditivos de formação de torta na Tabela 2 mostraram que as diferenças nas propriedades de aditivos de formação de torta foram observados de maneira bem sucedida. Tal discriminação foi impossível com os métodos convencionais. Em uma medição na qual uma amostra e um material de furo atravessante são aquecidos em um volume constante, os fatores que irão afetar a distância de permeação são, conforme mostrado na Equação (1), a viscosidade p da amostra e a pressão de expansão AP da amostra, que variam de amostra para amostra. Deste modo, as distâncias de permeação e as pressões medidas enquanto aquecem as amostras de carvões e aditivos de formação de torta em combinação com o material de furo atravessante em um volume constante são consideradas opor refletir o estado da fusão em um forno de coque. Devido ao fato de se supõe que a condição de fusão e a pressão de carvões termicamente plásticos e aditivos de formação de torta termicamente plásticos afetem a estrutura de coque após a carbonização, pode-se dizes que tais parâmetros são particularmente efetivos na estimação de resistência de coque.
[000154] Ademais, devido ao fato da pressão exercida durante a permeação da amostra ser o resultado da medição de pressão realizada em um ambiente de medição que simula os comportamentos de expansão em um forno de coque, pode-se dizer que este parâmetro é efetivamente usado a fim de estimar a pressão aplicada à parede de um forno de coque durante a carbonização do carvão em um forno de coque.
[000155] Os exemplos de medição serão descritos em que os carvões e aditivos de formação de torta como amostras foram aquecido enquanto se aplica uma carga constante à amostra e um material que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores até inferiores. A distância de permeação e o coeficiente de expansão durante a permeação foram medidos em relação aos mesmos carvões e aditivos de formação de torta que no Exemplo 1, isto é, 17 tipos de carvões e 4 tipos de aditivos de formação de torta (carvões A a Q, aditivos de formação de torta R a U) mostrados na Tabela 1. Com o uso de um aparelho similar aquele ilustrado na Figura 2, a distância de permeação e o coeficiente de expansão durante a permeação foram medidos. O sistema de aquecimento era um sistema de aquecimento por indução de alta frequência. Ou seja, um elemento de aquecimento 8 e um recipiente 3 na Figura 2 eram uma bobina de aquecimento por indução e um recipiente de grafite dielétrico. O recipiente 3 tinha 18 mm de diâmetro e 37 mm de altura. As esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm foram usadas como um material de furo atravessante. O recipiente 3 foi carregado com 2,04 g de uma amostra que foi triturada com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm e foi seca a vácuo a temperatura ambiente. Um peso que pesa 200 g foi solto a partir de cima da amostra cinco vezes com uma distância de queda de 20 mm acondicionando, deste modo, a amostra 1. A seguir, as esferas de vidro com um diâmetro de 2 mm foram dispostas na camada acondicionada da amostra 1, a fim de atingir uma espessura de 25 mm preparando, deste modo, uma camada de esfera de vidro acondicionada como o material de furo atravessante 2. Na camada de esfera de vidro acondicionada, um disco de silimanita com um diâmetro de 17 mm e uma espessura de 5 mm foi disposto, e uma haste de quartzo como uma haste de detecção de coeficiente de expansão 13 foi adicionalmente disposta nesta. Além disso, um peso 14 que pesa 1,3 kg foi colocado no topo da haste de quartzo. Como um resultado, a pressão aplicada sobre o disco de silimanita foi de 50 kPa. Com o uso de gás nitrogênio como um gás inerte, a amostra foi aquecida a 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. Durante o aquecimento, um deslocamento foi medido com um laser medidor de deslocamento, e o coeficiente de expansão foi calculado a partir da altura com a qual a amostra foi acondicionada. Após a conclusão do aquecimento, o resfriamento foi realizado em uma atmosfera de nitrogênio. As esferas que não aderiram ao plástico térmico foram coletadas a partir do recipiente resfriado, e a massa destas foi medida. A distância de permeação foi derivada a partir da Equação (2).
[000156] Na medição da distância de permeação dos aditivos de formação de torta, neste exemplo também, os testes foram realizados ao usar um recipiente maior e aumentando a espessura da camada de esfera de vidro acondicionada de maneira similar no Exemplo 1. Con- firmou-se que a espessura da camada de esfera de vidro acondicionada não afetou os valores medidos da distância de permeação sob as condições do Exemplo 2.
[000157] A Tabela 3 descreve os resultados de medição da distância de permeação e o coeficiente de expansão final. A Figura 7 mostra a relação entre os resultados de medição da distância de permeação e os valores logarítmicos da fluidez Gieseler máxima (logMF). (A repre sentação gráfica excluiu os valores de aditivos de formação de torta cujo valor MF não foi medido de maneira precisa). Tabela 3
[000158] A partir da Figura 7, a distância de permeação medida neste exemplo é mostrada para ter uma determinada extensão de correlação com logMF. Entretanto, também, descobriu-se que algumas marcas exibiram distâncias de permeação diferentes mesmo que seus valores logMF fossem similar. Em particular, esta tendência foi observada em uma região logMF mais alta. Devido ao fato de que se descobriu que o erro da medição da distância de permeação com este aparelho era de 0,6 em termos de erro padrão repetindo-se um teste três vezes sob as mesmas condições, uma diferença significativa na distância de permeação foi mostrada em relação ao carvão H e ao carvão K que trem logMF substancialmente igual. Com base apenas na relação representada pela Equação (I), pode-se supor que as marcas com o mesmo logMF terão uma viscosidade similar p em um estado derretido e, deste modo, as distâncias de permeação serão idênticas. As razões para esta suposição consistem no fato de que AP e K são constantes nesta medição independente das amostras a serem anali-sadas, assim como, no fato de que o logMF de um carvão é substan-cialmente correlacionado às temperaturas nas quais o carvão exibe propriedades de fusão (no presente documento, tais temperaturas cor-respondem ao tempo de fusão) e, portanto, o termo u pode considerado substancialmente constante. Durante a carbonização do carvão, entretanto, os fenômenos de geração de gás e expansão são observados simultaneamente com a fusão do carvão devido ao afastamento de matérias voláteis. Deste modo, supõe-se que os valores da distância de permeação obtidos nesta medição reflitam as influências combinadas da permeação da fusão na camada de esfera acondicionada e a geração de gás a partir da fusão na camada de esfera. Devido ao fato de que se supõe que estes valores sejam fatores que determinam a estrutura de coque após a carbonização, pode-se dizer que tais parâmetros são particularmente efetivos na estimação da resistência de coque.
[000159] Ademais, os coeficientes de expansão final descritos na Tabela 3 são valores de coeficiente de expansão a 550°C. Devido ao fato de os resultados na Tabela 3 surgirem a partir da medição do coeficiente de expansão em um ambiente de medição que simula os comportamentos de expansão em um forno de coque, pode-se dizer que os dados são efetivos para estimar a resistência de coque, assim como, para estimar um vão entre a parede de um forno de coque e uma massa de coque.
[000160] Se existia uma aditividade da distância de permeação a mesma foi investigada de acordo com o mesmo método de medição que no Exemplo 2.
[000161] Duas marcas foram selecionadas a partir de 4 tipos de carvões (carvões V a Y) e foram misturadas em diversas razões de mistura para fornecerem misturas de carvão como amostras. As amostras foram submetidas à medição da distância de permeação. A Tabela 4 descreve os carvões usados e propriedades (Ro, logMF, VM, Cinza) das misturas de carvão. Aqui, as propriedades das misturas de carvão são valores de média ponderada de propriedades de carvões individuais medidos de acordo com as proporções de mistura. Os resultados de medição da distância de permeação também são descritos na Tabela 4. A Figura 8 mostra uma relação entre as distâncias de permeação de média ponderada e as distâncias de permeação medidas das misturas de carvão.
[000162] A partir da Figura 8, mostrou-se que existe uma aditividade muito boa para as distâncias de permeação medidas neste exemplo. Consequentemente, o valor de distância de permeação de uma mistura de carvão formada por dois ou mais tipos de carvões pode ser determinada medindo-se realmente r a distância de permeação de uma amostra da mistura de carvão, ou medindo-se previamente as distâncias de permeação de carvões individuais a serem misturados e estimar a distância de permeação calculando-se o valor de média ponderada.
[000163] Em relação aos carvões usados para misturas de carvão, diversas qualidades e graus geralmente são medidos de antemão em relação a cada marca, e os dados obtidos são usados na mistura de carvões. Consequentemente, é preferível do ponto de vista prático que a distância de permeação seja medida de antemão em relação a cada lote de marca permitindo, deste modo, o cálculo fácil da distância de permeação de uma mistura de carvão.
[000164] Os valores de plasticidade térmica de carvões obtidos na presente invenção foram aplicados à estimação da resistência de coque e a efetividade destes foi examinada.
[000165] Conforme descrito acima, considera-se que a distância de permeação, de acordo com a invenção, seja um parâmetro superior a um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima logMF na estimação de propriedades de coque e estruturas de torta de coque. Deste modo, um teste de carbonização e um teste de resistência de coque após a carbonização foram realizados conforme descrito abaixo, a fim de examinar como a resistência de coque pode ser afetada quando o coque tiver sido produzido usando carvões que têm substancialmente o mesmo logMF e distâncias de permeação diferentes.
[000166] Referindo-se à Tabela 1 usada nos Exemplos 1 e 2, o carvão A, o carvão Feo carvão G (cada um com logMF de não menos que 3,5) foram selecionados como "carvões MF similares". Cada um destes carvões foi misturado a 20% em massa junto com diversos carvões como o equilíbrio, de modo que os valores de média ponderada Ro e os valores de média ponderada logMF das misturas de carvão como um todo podem ser os mesmos preparando, deste modo, as misturas de carvão (misturas de carvão A, F e G). O carvão A, o carvão F e o carvão G são tais tipos de carvões que têm uma MF entre carvões usada na produção de coque e frequentemente são usados a fim de aprimorar a adesão de partículas de carvão na produção de coque. Ademais, as misturas de carvão que incluem inúmeras marcas com logMF > 3,0 ao mesmo tempo (mistura de carvão AF, mistura de carvão FG e mistura de carvão FGK) foram preparadas a fim de testar as propriedades de misturas de carvão que contêm tais carvões de MF alta. Estas misturas de carvão foram preparadas de modo que as qualidades e graus médios possam ser Ro = 0,99 a 1,05 e logMF = 2,0 a 2,3. A Tabela 5 descreve as marcas e proporções dos carvões usados nas respectivas misturas de carvão, as distâncias de permeação de volume constante de média ponderada (calculadas a partir dos valores na Tabela 2) e as distâncias de permeação de pressão constante de média ponderada (calculadas a partir dos valores na Tabela 3) dos carvões com logMF > 3,0 nas misturas de carvão, e a resistência do coque produzido.
[000167] Cada um dos carvões na Tabela 5 foi usado após ser triturado de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representassem 100% em massa. Ademais, o teor de água foi ajustado, de modo que o teor de água em toda a mistura de carvão possa ser de 8% em massa. A mistura de carvão que pesa 16 kg foi acondicionada em uma caixa de carbonização, de modo que a densidade aparente possa ser de 750 kg/m3, e um peso de 10 kg tenha sido colocado nesta. A mistura de carvão foi, então, carbonizada em um forno elétrico em uma temperatura de parede de forno de 1050°C por 6 horas, removida do forno, e resfriada em uma atmosfera de nitrogênio para fornecer um coque. A resistência de coque do coque obtido foi determinada com base em um método de teste de resistência ao tambor de acordo com JIS K 2151, em que o tambor foi girado a 15 rpm e a proporção de massa de partículas de coque que ti-nham um diâmetro de partícula de não menos que 15 mm após 150 rotação foi calculada. A razão de massa desta para a proporção de massa antes das rotações foi calculada para fornecer um índice de resistência ao tambor de Dl 150/15. Ademais, os resultados das medições de CRI (reatividade de CO2), CSR (resistência após a reação de CO2, todas medidas de acordo com um método ISO 18894), e micror- resistência (MSI+65) também são descritos.
[000168] A Figura 9 mostra uma relação entre 0 valor de média ponderada da distância de permeação de pressão constante do carvão em cada mistura de carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF 3,0 (a distância de permeação medida no Exemplo 2 aquecendo-se a amostra de carvão enquanto se aplica uma carga constante sobre a amostra de carvão e 0 material de furo atravessante), e a resistência ao tambor do coque carbonizado a partir de cada mistura de carvão. A partir da comparação das resistências de mistura de carvão A, da mistura de carvão F e da mistura de carvão G que continham o carvão A, o carvão F e o carvão G, respectivamente, em 20% em massa como o carvão de MF similar, a resistência ao tambor foi mostrada mais alta à medida que a distância de permeação do carvão de MF similar era mais curta. Ademais, os resultados das resistências ao tambor da mistura de carvão A, da mistura de carvão F e da mistura de carvão AF mostram que existe uma aditividade entre a distância de permeação e a resistência ao tambor dos carvões de MF similares. Estes resultados, em combinação com os resultados da mistura de carvão FG e da mistura de carvão FGK, mostram que a resistência de coque diminui quando o valor de média ponderada da distância de permeação de pressão constante do carvão na mistura de carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF 3,0 excede 17 mm. Deste modo, a produção de coque de alta resistência pode ser realizada regulando-se o valor de média ponderada da distância de permeação de pressão constante do carvão na mistura de carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF > 3,0 para ser de não mais que 17 mm.
[000169] A seguir, a Figura 10 mostra uma relação entre o valor de média ponderada da distância de permeação de volume constante do carvão em cada mistura de carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF > 3,0 (a distância de permeação medida no Exemplo 1 aquecendo-se a amostra de carvão em combinação com o material de furo atravessante em um volume constante), e a resistência ao tambor do coque carbonizado a partir de cada mistura de carvão.
[000170] Uma tendência similar, embora ligeiramente mais fraca que na Figura 9, foi confirmada também na Figura 10. Deste modo, mos- trou-se que os valores da distância de permeação obtidos nesta medição afetam a resistência de coque em ambos os casos em que tais valores são determinados pela medição de aquecimento de volume constante e pela medição de aquecimento de carga constante. Deter- minou-se que quando a distância de permeação de volume constante for adotada como um indicador, o valor de média ponderada da distância de permeação de volume constante do carvão na mistura de carvão com um valor logarítmico de fluidez Gieseler máxima de logMF > 3,0 é preferencialmente regulado para ser de não mais que 15 mm. Devido ao fato de que a medição da distância de permeação em relação a um carvão idêntico fornece resultados diferentes dependendo das condições de medição usadas, é necessário que os carvões sejam avaliados sob condições substancialmente idênticas. Aqui, o termo "substancialmente idêntico" significa que os produtos da espessura de camada de amostra e a densidade de acondicionamento se encontram dentro de ±20%, os tipos dos materiais de furo atravessante (por exemplo, camadas de partícula esférica acondicionadas ou camadas acondicionadas com cilindro) são iguais, porém, os diâmetros das esferas ou cilindros se encontram dentro de ±20%, e as taxas de aquecimento se encontram dentro de ±20p. As condições de medição podem ser usadas de maneira prática sem nenhum problema desde que as diferenças se encontrem dentro das faixas acima. Obtendo-se previamente, com base nos valores medidos sob tais condições, conforme definido acima, as correlações, conforme ilustrado nas Figuras 9 e 10, entre a distância de permeação de um carvão de MF alta em uma mistura de carvão e a resistência de coque obtida através da carbonização da mistura de carvão, se torna possível determinar a extensão na qual a distância de permeação do carvão de MF alta deve ser ajustada a fim de obter uma resistência de coque desejada. Ademais, CSR foi medido em relação ao coque produzido a partir da mistura de carvão FG e da mistura de carvão FGK. Como um resultado, uma tendência similar à resistência ao tambor JIS foi observada, com CSR do coque a partir da mistura de carvão FG sendo 55,4 (reatividade CRI = 29,7) e CSR do coque a partir da mistura de carvão FGK sendo 59,5 (reatividade CRI = 29,5). Em geral, sabe-se que quando as reativida- des CRI de coque forem similares, CSR mostra uma boa correlação com a resistência ao tambor JIS. Esta tendência foi confirmada também com as amostras nos Exemplos. As tendências similares à resistência ao tambor JIS também foram observadas para microrresistência e resistência a tração indireta.
[000171] Conforme demonstrado acima, revelou-se que a distância de permeação de um carvão de MF alta afetou muito a resistência de coque. Em particular, a razão pela qual a distância de permeação de um carvão de MF alta tem efeitos acentuados provavelmente consiste no fato de que as diferenças na distância de permeação se tornam maiores à medida que os carvões têm MF mais alta, conforme mostrado na Figura 6 e Figura 7. Os carvões de MF baixa têm diferenças limitadas na distância de permeação entre marcas e, deste modo, é provável que suas distâncias de permeação não exerçam influências significativas. Ademais, é provável que a avaliação da plasticidade térmica dos carvões de MF alta através de um método de plastômetro Gieseler tenha sido insuficiente devido ao efeito Weissenberg mencionado acima e à presença do limite superior mensurável. O método inventivo aprimora a falhas possuídas pelos métodos convencionais, e torna possível obter uma nova descoberta que diz respeito às influências da plasticidade térmica na resistência de coque.
[000172] A seguir, as razões pelas quais a distância de permeação afetou a resistência de coque foram examinadas observando-se com um microscópio óptico a estrutura de coque obtida através da carbonização da mistura de carvão A que continha 20% em massa do carvão A cuja distância de permeação foi imagina como apropriada, assim como, a estrutura de coque obtida através da carbonização da mistura de carvão F que continha 20% em massa do carvão F cuja distância de permeação foi imaginada como excessivamente longa. A Figura 11 e a Figura 12 mostram imagens da mistura de carvão A e da mistura de carvão F, respectivamente, tiradas em 100 aumentos.
[000173] A partir da comparação entre as imagens mostradas na Figura 11 e Figura 12, mostrou-se que o coque a partir da carbonização da mistura de carvão F que continha o carvão F com uma distância de permeação excessivamente longa tinha paredes de poro mais finas 20 e poros grandes distorcidos 21 como um resultado da ligação entre os poros, comparado ao coque a partir da carbonização da mistura de carvão A que continha o carvão A com uma distância de permeação apropriada. Relatou-se que a resistência de coque se torna mais alta à medida que as paredes de poro são mais espessa e os poros têm uma circularidade mais alta (vide, por exemplo, Literatura de Não Patente 5). Consequentemente, confirmou-se que a distância de permeação do carvão afeta a formação de uma estrutura de coque durante a carbonização e, consequentemente, afeta a resistência do coque.
[000174] Os resultados nos Exemplos mostram que a distância de permeação, que é medida aquecendo-se a amostra de carvão enquanto se aplica uma carga constante sobre a amostra de carvão e o material de furo atravessante ou aquecendo-se a amostra de carvão enquanto se mantém a amostra e o material de furo atravessante em um volume constante, é um fator que afeta a resistência de coque produzido a partir do carvão e que não pode ser responsável pelos fatores convencionais, assim como, mostram que a utilização da distância de permeação em combinação com outros parâmetros convencionais na estimação de resistência de coque irá permitir a estimação altamente precisa da resistência. Ademais, agora é aparente que a produção de coque de alta resistência é possível misturando-se carvões com base nas distâncias de permeação medidas sob condições preferidas. Lista de Referências Numéricas Amostra Material de furo atravessante que tem furos atravessantes a partir de superfícies superiores até inferiores Recipiente Haste de detecção de pressão Camisa Célula de carga Termômetro Elemento de aquecimento Detector de temperatura Controlador de temperatura Entrada de gás Saída de gás Haste de detecção de coeficiente de expansão Peso Medidor de deslocamento Furo atravessante circular Partícula acondicionada Cilindro acondicionado Parede de poro Poro
Claims (13)
1. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, caracterizado pelo fato de que compreende: acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra, dispor um material de furo atravessante que tem furos atra- vessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra, aquecer a amostra enquanto mantém a amostra e o material de furo atravessante em um volume constante, medir a distância de permeação com a qual a amostra derretida foi permeada nos furos atravessantes, e avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido, em que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada ou uma camada de partícula não esférica acondicionada, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada, em que a camada de partícula esférica acondicionada inclui esferas de vidro, em que a amostra é aquecida a partir da temperatura ambi- ente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte.
2. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, caracterizado pelo fato de que compreende: acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra, dispor um material de furo atravessante que tem furos atra-vessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra, aquecer a amostra enquanto mantém a amostra e o material de furo atravessante em um volume constante, medir a pressão da amostra que é transmitida através do material de furo atravessante, e avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido, em que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada ou uma camada de partícula não esférica acondicionada, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada, em que a camada de partícula esférica acondicionada inclui esferas de vidro, em que a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte.
3. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, caracterizado pelo fato de que compreende: acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra, dispor um material de furo atravessante que tem furos atra-vessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra, aquecer a amostra enquanto aplica uma carga constante sobre o material de furo atravessante, medir a distância de permeação com a qual a amostra derretida foi permeada nos furos atravessantes, e avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido, em que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada ou uma camada de partícula não esférica acondicionada, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada, em que a camada de partícula esférica acondicionada inclui esferas de vidro, em que a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte, em que a aplicação de uma carga constante inclui aplicar tal carga em que a pressão na superfície superior do material de furo atravessante se torna 5 a 80 kPa.
4. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, caracterizado pelo fato de que compreende: acondicionar um carvão ou um aditivo de formação de torta em um recipiente para preparar uma amostra, dispor um material de furo atravessante que tem furos atra- vessantes a partir de superfícies superiores a inferiores sobre a amostra, aquecer a amostra enquanto aplica uma carga constante sobre o material de furo atravessante, medir o coeficiente de expansão da amostra, e avaliar a plasticidade térmica da amostra usando o valor medido, em que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada ou uma camada de partícula não esférica acondicionada, em que o material de furo atravessante é uma camada de partícula esférica acondicionada, em que a camada de partícula esférica acondicionada inclui esferas de vidro, em que a amostra é aquecida a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte, em que a aplicação de uma carga constante inclui aplicar tal carga em que a pressão na superfície superior do material de furo atravessante se torna 5 a 80 kPa.
5. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o carvão ou o aditivo de formação de torta é triturado, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa.
6. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a taxa de aquecimento é 2 a 4°C/min.
7. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a aplicação de uma carga inclui aplicar tal carga em que a pressão na superfície superior do material de furo atravessante se torna 15 a 55 kPa.
8. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
9. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 5 a 80 kPa sejam obtidos.
10. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
11. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 3 mm representem não menos que 70% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,7 a 0,9 g/cm3 e uma espessura de camada de 5 a 20 mm, a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 0,2 a 3,5 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 20 a 100 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 2 a 10°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 5 a 80 kPa sejam obtidos.
12. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm, a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto mantém a amostra e a camada de esfera de vidro em um volume constante.
13. Método para avaliar a plasticidade térmica de carvões e aditivos de formação de torta, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a preparação da amostra inclui triturar um carvão ou um aditivo de formação de torta, de modo que partículas com um diâmetro de partícula de não mais que 2 mm representem 100% em massa, e acondicionar o carvão ou aditivo de formação de torta triturado em um recipiente com uma densidade de acondicionamento de 0,8 g/cm3 e uma espessura de camada de 10 mm, a disposição do material de furo atravessante inclui dispor esferas de vidro que têm um diâmetro de 2 mm sobre a amostra, a fim de obter uma espessura de camada de 80 mm, e o aquecimento da amostra inclui aquecer a amostra a partir da temperatura ambiente até 550°C em uma taxa de aquecimento de 3°C/min. em uma atmosfera de gás inerte enquanto aplica uma carga a partir de cima das esferas de vidro, de modo que 50 kPa sejam obtidos.
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