CN113508169A - 煤的评价方法及混煤的制备方法以及焦炭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
与现有技术相比，能够更准确地指定构成可制造达到期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例。一种混煤的制备方法，基于由混煤的界面张力与由混煤制造的焦炭的强度求出的相关关系，根据相关关系求出达到期望强度的界面张力，以成为达到期望强度的界面张力以下的质量比例混合两个品种以上的煤而制备混煤，所述混煤的界面张力由惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0、混煤中的各品种的煤的配合比例、惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例求出。
Description
技术领域
本发明涉及作为冶金用焦炭的原料的煤的评价方法及使用了在该评价方法中使用的测定值的混煤的制备方法，此外，涉及由通过该制备方法得到的混煤制造焦炭的方法。
背景技术
在高炉中，为了制造铁水，最理想的是作为高炉原料使用的冶金用焦炭为高强度。这是因为，如果焦炭的强度低，则在高炉内粉化，粉化的焦炭会阻碍高炉的透气性，变得无法进行稳定的铁水的生产。
通常，焦炭通过将配合多种煤而得到的混煤利用焦炭炉进行干馏来制造。作为用于得到达到期望强度的焦炭的煤的配合方法，已知有各种方法。
在专利文献1中公开了一种考虑了煤的相容性的煤的配合方法，其中，将由对构成混煤的各品种的煤进行热处理而得到的半焦的表面张力和混煤中的各品种的煤的配合率(质量比例)算出的界面张力的值作为指标，调整煤的配合率。在此，“煤的相容性”是指混煤中的多个品种的煤各自间发生相互作用的性质，已知由于煤的相容性而只由该混煤中的各个煤得到的焦炭的强度与由该混煤得到的焦炭的强度之间有时相加性不成立。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/145680号
非专利文献
非专利文献1：D.W.Fuerstenau:International Journal of MineralProcessing,20(1987),153
发明内容
发明所要解决的问题
近年来，从稳定确保煤资源以及削减原料成本的观点出发，购买从多处开采的煤而将性状不同的多个品种的煤用于混煤的原料的必要性提高。在将性状不同的煤用于混煤的情况下，可以通过专利文献1中公开的方法来制备可期待制造达到期望强度的焦炭的混煤。但是，根据煤的不同，即使以通过专利文献1中公开的方法求出的质量比例配合多个品种的煤来制备混煤，有时也会制造出未达到期望强度的焦炭。
本发明是鉴于上述情况而完成的，通过实施本发明的混煤的调整方法，与现有技术相比能够更准确地指定构成可制造达到期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例。本发明的目的在于提供这样的混煤的制备方法。本发明除了提供混煤的制备方法以外，还提供使用了该制备方法的焦炭的制造方法以及作为冶金用焦炭的原料的煤的评价方法。
用于解决问题的方法
本发明人确认到在改变煤的惰质组量的情况下相对于惰质组量的变更量(变动量)的、对煤进行热处理而得到的半焦的表面张力的变动量根据煤的品种而不同的现象。本发明人对该现象进行了考察，首先完成了基于煤的惰质组量和半焦的表面张力对煤进行评价的方法。
例如，在专利文献1记载的现有的方法中，对一个品种的煤进行热处理而得到的半焦的表面张力以所测定的表面张力的分布的平均值的形式提供。在现有的见解中，关于产生表面张力的分布的原因，仅推测是由煤的不均质性引起的，详细原因并不清楚。本发明人对半焦的表面张力的值根据煤的成分而不同的原因更详细地进行了研究，特别地研究了如下方法：基于存在通过加热而软化熔融的成分(以下，有时记载为“软化熔融组织”)和即使加热也不软化熔融的成分(以下，有时记载为“惰质组组织”)作为影响焦炭强度的煤的成分，推定对该两种成分进行加热处理的半焦的表面张力值。
将煤中的成分中通过加热而软化熔融的成分与不软化熔融的成分准确地分离的方法还未知，但已知能够利用显微镜对煤进行观察而鉴定的惰质组组织大致相当于煤中的不软化熔融的成分。惰质组组织的含量的分析方法规定在JIS M 8816中，作为因加热而不软化熔融的成分的含量，本发明人使用了JIS M 8816中规定的总惰质组量(TI)。
虽然难以将煤的软化熔融的成分与不软化熔融的成分分离，但是，作为推定由这些成分得到的半焦的表面张力的替代方法，本发明人着眼于惰质组组织。本发明人尝试了将煤分离成惰质组组织的含量(以下，有时记载为“惰质组量”)多的部分和惰质组组织的含量少的部分，由对它们分别进行热处理而得到的半焦的表面张力值来推定惰质组组织的含量为100％的煤的表面张力值和惰质组组织的含量为0％的煤的表面张力值。
作为将煤分离成惰质组量多的部分和惰质组量少的部分的方法，利用了煤的惰质组组织比软化熔融组织硬这点。由于惰质组组织比软化熔融组织硬，因此具有如下倾向：如果将煤粉碎，则惰质组组织浓缩于粗粒侧的煤中。利用该倾向，通过粉碎和筛分，可以由相同品种的煤制备惰质组量不同的试样。对该试样进行热处理，制备半焦，测定其表面张力。结果本发明人发现：相对于惰质组量的变动量的表面张力的变动量根据煤品种而不同；以及将某种煤分离成惰质组量多的部分和惰质组量少的部分而得到的试样的惰质组量和对该试样进行热处理而得到的半焦的表面张力之间存在近乎线性关系。此外，本发明人发现，惰质组量和表面张力的变动量的比例对由含有该品种的煤的混煤得到的焦炭强度带来影响，因此，可以基于它们的变动量的比例来评价该品种的煤是否适合作为焦炭原料。
本发明人完成了使用上述评价中发现的事项来制备混煤的方法。在本发明的混煤的制备方法中，假定混煤中的各品种(一个品种)的煤由惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织构成，由通过上述评价方法求出的煤的惰质组量和对试样进行热处理而得到的半焦的表面张力的回归直线求出惰质组组织的含量成为100％的表面张力γ100和惰质组组织的含量成为0％的表面张力γ0，假定由惰质组组织和软化熔融组织得到的半焦的表面张力分别为γ100和γ0。基于该假定，在本发明的混煤的制备方法中，基于由混煤中的各品种的煤的配合比例、惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例、表面张力γ100和表面张力γ0算出的界面张力与由混煤制造的焦炭的强度的关系，指定各品种的质量比例。此外，也可以指定混煤中的各品种的质量比例，以限制半焦的表面张力的变动量相对于惰质组量的变动量的比例大的煤的配合比例。
即，本发明的主旨如下所述。
(1)一种煤的评价方法，其中，将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定上述多个煤试样的惰质组量，并且测定对上述多个煤试样进行热处理而得到的半焦的表面张力，以由基于上述惰质组量和上述表面张力的回归直线求出的表面张力的变动量相对于惰质组量的变动量的比例作为指标，对上述煤进行评价。
(2)一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，基于由上述混煤的界面张力与由上述混煤制造的焦炭的强度求出的相关关系，根据上述相关关系求出达到期望强度的界面张力，以成为上述达到期望强度的界面张力以下的质量比例混合上述两个品种以上的煤而制备混煤，上述混煤的界面张力由对于混煤中的各品种的煤根据(1)所述的煤的评价方法中的上述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0、上述混煤中的各品种的煤的配合比例、惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例求出。
(3)一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，以界面张力成为0.26mN/m以下的质量比例混合上述两个品种以上的煤而制备混煤，上述界面张力由对于混煤中的各品种的煤根据(1)所述的煤的评价方法中的上述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0、上述混煤中的各品种的煤的配合比例、各品种的煤的惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例算出。
(4)一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，以对于混煤中的各品种的煤根据(1)所述的煤的评价方法中的上述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0之差的绝对值成为6mN/m以上的煤在混煤中的质量比例成为45质量％以下的方式，混合上述两个品种以上的煤而制备混煤。
(5)一种焦炭的制造方法，其通过(2)～(4)中任一项所述的混煤的制备方法制备混煤，对上述混煤进行干馏而制造焦炭。
发明效果
通过本发明，与现有技术相比能够准确地指定构成可制造达到期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例。由此，能够制备可制造达到期望强度的焦炭的混煤。此外，通过本发明，能够对作为冶金用焦炭的原料的煤进行评价。
附图说明
图1是示出通过专利文献1记载的方法算出的界面张力与焦炭的强度的关系的图。
图2是示出煤试样的惰质组量与对煤试样进行热处理而得到的半焦的表面张力的关系的图。
图3是示出通过本发明的方法算出的界面张力与焦炭的强度的关系的图。
图4是示出低评价煤的配合比例与焦炭的强度的关系的图。
具体实施方式
本发明涉及使用了对煤进行热处理而得到的半焦的表面张力的煤的评价方法，涉及利用通过该评价方法得到的事项而含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法。在本实施方式的煤的评价方法中，利用半焦的表面张力和由该表面张力算出的界面张力。因此，首先，对半焦的制作方法、半焦的表面张力的测定方法以及界面张力的算出方法进行说明。
[半焦的制作方法]
半焦是指对煤进行热处理而得到的热处理物。煤的粘结现象影响煤间的相容性、焦炭的强度。因此，在对煤的粘结现象进行研究的情况下，优选求出对煤进行加热、煤实际开始软化熔融、煤发生粘结固化、焦炭化完成为止的温度(350～800℃)下的熔融物的特性。但是，这样的高温范围内的熔融物的特性的测定方法还未知。因此，如专利文献1中记载的那样，在要测定的特性为表面张力的情况下，通过测定将煤加热到煤软化熔融的温度并进行干馏后进行冷却而得到的半焦的表面张力，可以推定软化熔融状态的煤的表面张力值。
关于对煤进行加热的加热温度，从表面张力影响煤粒子间的粘结这样的想法出发，如上所述，加热至从煤开始软化熔融的350℃以上到焦炭化完成的800℃的任一个温度是适当的。在作为加热温度的350～800℃内，特别有助于粘结的温度是作为软化熔融时的温度的350～550℃，认为粘结结构在500℃附近决定。因此，加热温度特别优选为500℃附近的480～520℃。加热优选在不与煤发生反应的非活性气体(例如氮气、氩气、氦气等)气氛中进行。
冷却优选在不与煤发生反应的非活性气体气氛中进行。另外，优选将干馏后的煤以10℃/秒以上的冷却速度进行骤冷。进行骤冷的原因是为了保持软化熔融状态下的分子结构，优选以认为分子结构不发生变化的10℃/秒以上的冷却速度进行冷却。作为骤冷的方法，有使用液氮、冰水或水或者氮气这样的非活性气体等的方法，但优选使用液氮进行骤冷。对于气体冷却而言，冷却至煤的内部耗费时间，冷却速度的变动增大，因此不优选。对于利用冰水、水的冷却而言，由于水分的附着而对表面张力的测定带来影响，因此不优选。
作为本发明中对煤实施的热处理的操作的一例，如下述(a)～(c)所述。
(a)将煤粉碎。关于煤的粉碎粒度，从由组织、性状等不均匀的煤制作均质的试样的观点出发，优选将煤粉碎至JIS M8812中记载的煤的工业分析中的粉碎粒度、即250μm以下，更优选粉碎至更细的200μm以下。
(b)将在操作(a)中粉碎的煤在隔绝空气或者非活性气体气氛中以适当的加热速度进行加热。将煤加热至上述350～800℃的范围内的温度即可。加热速度优选设定为与焦炭炉中制造焦炭时的加热速度对应的速度。
(c)对在操作(b)中加热后的煤进行冷却。在该冷却中，优选通过上述方法进行冷却。
[半焦的表面张力的测定方法]
作为一般的物质的表面张力的测定方法，已知有静滴法、毛细管升高法、最大气泡压力法、液重法、悬滴法、吊环法、盘(Wilhelmy)法、扩张/收缩法、滑落法等。煤由各种分子结构构成，其表面张力也不一样，因此，可以将能够评价表面张力分布的方法、例如非专利文献1中记载的薄膜浮选法用于煤的表面张力的测定中。无论是煤还是由该煤得到的半焦，都能够同样地使用该方法，可以使用微粉碎的煤试样，求出煤的表面张力的分布。将所得到的表面张力的分布的平均值作为煤试样的表面张力的代表值。在使用半焦作为试样的情况下，优选将对煤进行加热处理时的热处理温度设定在煤的软化熔融温度范围内。测定方法的详细内容记载在专利文献1中。
[界面张力的算出方法]
界面张力的算出方法着眼于混煤中所含的多个品种的煤中的两个品种，包括求出由两个品种的煤得到的半焦间的界面张力γij的工序；和由混煤中的各品种的煤的质量比例和上述界面张力γij算出混煤的界面张力γblend的工序。该混煤的界面张力γblend基于半焦间的界面张力算出，因此可以认为是相当于由混煤得到的半焦的界面张力的值，但在本发明中，将通过上述方法求出的界面张力称为混煤的界面张力γblend。
首先，对求出两个品种的半焦间的界面张力γij的工序进行说明。一般的两种物质的界面张力也可以直接进行测定，但也可以由各个物质的表面张力求出其值。例如，对于不同的物质i、j，物质i、j间的界面张力γij可以由物质i的表面张力γi和物质j的表面张力γj求出。物质i、j间的界面张力γij由Girifalco-Good的下述[1]式表示。
在[1]式中，φ是相互作用系数，相互作用系数φ可以通过实验求出，已知根据物质i、j而不同。另外，Li和Neumann(D.Li、A.W.Neumann)假设物质i、j的表面张力γi、γj的值越远离则相互作用系数φ的值越大，从而提出了将[1]式扩展而得的下述[2]式。
在[2]式中，β是通过实验导出的常数。Li和Neumann计算β为0.0001247(m2/mJ)2。如果将物质i设为由煤i得到的半焦i、将物质j设为由煤j得到的半焦j，半焦i、j间的界面张力γij可以通过测定半焦i、j的表面张力γi、γj并将其表面张力的值代入[1]式或[2]式中来算出。在使用[1]式的情况下，必须通过实验求出相互作用系数φ的值。因此，为了使界面张力的计算简便，优选使用推定相互作用系数φ的值的[2]式。
接着，对算出混煤的界面张力γblend的工序进行说明。在混煤中的煤的品种和质量比例已知的情况下，也能够计算由混煤得到的半焦的界面张力。在混煤中存在n个品种的煤的情况下，将其质量比例设为wi(表示1、2、……、i、……n煤的质量比例)时，通过由煤i得到的半焦和由煤j得到的半焦形成的i-j界面的存在概率以wi与wj之积表示。因此，如果将这些半焦的界面的界面张力设为γij，则由配合有n个品种的煤的混煤得到的半焦的界面张力γblend可以由以下[3]式表示。
在[3]式中，wi和wj本来优选以由混煤得到的半焦混合物中的半焦的质量比例表示。但是，该半焦混合物中的由各煤得到的各半焦的存在比率与混煤中的各煤的存在比率没有大的变化。因此，以混煤中的各煤的质量比例表示wi和wj。
本发明的界面张力γblend相当于假定混合由构成混煤的煤及其组织各自得到的半焦并假定通过其混合得到的半焦混合物的界面张力。即，在本发明中，没有以实际制作半焦混合物为前提，本发明的界面张力是由半焦的表面张力和作为该半焦的基础的煤的混煤中的质量比例求出的指标(值)。
接着，为了与本发明进行比较，对求出通过专利文献1中公开的方法算出的界面张力γblend与由配合多个品种的煤而得到的混煤制造的焦炭的强度DI150/15的关系的比较实验进行说明。
＜比较实验＞
制作多个由多个品种的煤构成的混煤，使用能够模拟焦炭炉的干馏条件的电炉，对混煤进行干馏，制造焦炭。
测定在500℃的条件下对构成混煤的各品种的煤进行热处理而得到的半焦的表面张力，由[2]式和[3]式算出界面张力γblend。另外，作为焦炭的强度，基于JIS K 2151的旋转强度试验法，测定使装入有规定量的焦炭的滚筒试验机以15rpm旋转150圈后的粒径15mm以上的焦炭的质量比例，使用作为与旋转前的质量比的滚筒强度DI(150/15)。
将比较实验中使用的煤及其性状示于表1中。
[表1]
在比较实验中，准备表1所示的A～C和R，以表2所示的质量比例配合煤A～C和R，制作混煤1～4。
[表2]
表1中的“表面张力γ(mN/m)”是对煤A～C和R进行热处理而得到的半焦的表面张力，是通过薄膜浮选法测定的表面张力分布的平均值。表1和表2中的“Ro(％)”是JIS M8816的煤(混煤)的镜质组的平均最大反射率，“TI(％)”是由基于JIS M 8816的煤(混煤)的微细组织成分的测定方法及其解说中记载的Parr式的下述[4]式算出的煤组织分析中的惰质组量(体积％)。
惰质组量(体积％)＝丝质体(体积％)+微粒体(体积％)+(2/3)×半丝质体(体积％)+矿物质(体积％)……[4]
表1和2中的“logMF”是指通过JIS M8801的吉塞勒塑性计(GieselerPlastometer)法测定的煤或混煤的最高流动度(Maximum Fluidity：MF)的常用对数值。混煤的最高流动度logMF是混煤中的单种煤的logMF的加权平均值。表1中的“灰分(d.b)”和“挥发成分(d.b)”是基于JIS M 8812的工业分析法的干燥煤基准的测定值。
表2中的“γblend”是基于[2]式和[3]式由表1的表面张力γ的值和表2的质量比例算出的混煤1～4的界面张力。“DI150/15(-)”是对混煤1～4进行干馏而得到的焦炭的强度。
图1是表示通过专利文献1记载的方法算出的界面张力γblend与焦炭的强度DI150/15(-)的关系的图。由图1可知，对于混煤1、2和4而言，尽管界面张力γblend为接近0的值，但焦炭的强度DI150/15参差不齐。混煤3的界面张力γblend和焦炭的强度DI150/15的值与混煤1、2和4的倾向不同。
根据专利文献1，认为界面张力γblend与强度DI150/15之间成立相关性强的关系，可知虽然有时观察到界面张力γblend与强度DI150/15之间相关性强的倾向，但如图1所示有时该关系不成立。
接着，对本发明的实施方式进行说明。首先，对本实施方式的煤的评价方法进行说明。
＜煤的评价方法＞
在本实施方式的煤的评价方法中，将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定该多个煤试样的惰质组量。进一步，测定对制作的多个煤试样进行热处理而得的半焦得表面张力，以由基于惰质组量和表面张力的回归直线求出的表面张力的变动量相对于惰质组量的变动量的比例作为指标，对作为冶金用焦炭的原料的煤进行评价。
[由惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织制备的半焦的表面张力的推定]
假定构成混煤的各品种的煤包含惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织。将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定该多个煤试样的惰质组量，并且测定对这些多个煤试样进行热处理而得的半焦的表面张力，求出基于惰质组量和表面张力的回归直线。由该回归直线，求出惰质组成分为100％的惰质组组织的表面张力γ100和惰质组成分为0％的软化熔融组织的表面张力γ0。认为如此求出的γ100相当于半焦化的煤的惰质组组织的表面张力，在本实施方式中，将该γ100记载为惰质组组织的表面张力γ100。同样地，认为γ0相当于半焦化的煤的软化熔融组织的表面张力，在本实施方式中，将该γ0记载为软化熔融组织的表面张力。
接着，对求出回归直线的方法进行说明。首先，对将一个品种的煤粉碎而制作的煤试样进行筛分。将煤粉碎时，由于惰质组组织大多包含在粗粒侧，因此，通过粉碎和筛分，粉碎的煤中的惰质组组织的质量比例发生变化。为了表示能够使惰质组组织的质量比例变化、能够求出回归直线，使用比较实验中准备的煤A～C和R进行下述实验1。
＜实验1＞
通过对煤A～C和R进行粉碎和筛分，制作多个含有大量惰质组组织以外的软化熔融组织的煤试样和含有大量惰质组组织的煤试样。针对多个煤试样，按照JIS M 8816通过使用光学显微镜的点计数法测定组织成分比率，测定总惰质组量TI。另外，在500℃的条件下对多个煤试样进行热处理，制作半焦，通过薄膜浮选法测定各个半焦的表面张力γ。半焦的表面张力γ为通过薄膜浮选法得到的表面张力分布的平均值。此外，还制作了没有进行粉碎和筛分的煤A～C和R的标准煤试样，测定标准煤试样的总惰质组量TI和在500℃的条件下对该试样进行热处理而得到的半焦的表面张力。
图2是示出表示煤试样的惰质组量TI与对它们进行热处理而得到的半焦的表面张力γ的关系的点图和该点图的回归直线的图。图2所示的各回归直线是以与表示总惰质组量TI与表面张力γ的关系的三个点图的误差最小的方式使用最小二乘法算出的单回归直线。惰质组量TI成为0％的表面张力γ0和惰质组量TI成为100％的表面张力γ100可以使用该回归直线算出。作为一例，在图2中示出煤A的煤试样的表面张力γ0和表面张力γ100。由图2可知，惰质组组织的质量比例因粉碎和筛分而发生变化；以及得到了表面张力γ与惰质组量TI之间成立高相关性的直线回归式。
煤A～C和R的标准煤试样的总惰质组量TI(％)为各煤的惰质组组织的体积比例，但是，惰质组组织和软化熔融组织的比重几乎没有变化，视为近似与质量比例相等来处理。标准煤试样的软化熔融组织的质量比例(％)是从整体的质量比例(100％)减去惰质组量TI的值而算出的。将煤A～C和R的惰质组组织和软化熔融组织的质量比例(％)和表面张力γ100及γ0示于表3中。如此，在本实施方式中，惰质组组织的质量比例可以使用通过JIS M8816的方法和[4]式求出的惰质组量(体积比例)，软化熔融组织的质量比例可以使用从1减去惰质组量(体积比例)而得的值。
[表3]
[以相对于惰质组量的变动量的表面张力的变动量为指标的煤的评价]
本发明人发现了如下现象：在改变煤的惰质组量时，相对于惰质组量的变动量的、对煤进行热处理而得到的半焦的表面张力的变动量根据煤的品种而分别不同。例如，参考图2可知，煤A和煤C的回归直线的斜率的绝对值大，因此相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量大。可知煤B和煤R的回归直线的斜率的绝对值小，因此相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量小。
具体而言，惰质组量从0％变动到100％时的表面张力的变动量为γ100与γ0之差、即γ100-γ0。煤A的γ100-γ0为-4.3mN/m。煤C的γ100-γ0为-4.5mN/m。与此相对，煤B的γ100-γ0为1.4mN/m，煤R的γ100-γ0为0.5mN/m。表面张力的变动量以γ100-γ0的绝对值表示，因此，与煤B和煤R相比，煤A和煤C是半焦的表面张力的变动量相对于惰质组量的变动量的比例更大的煤。
在表2所示的混煤1～3的实验例中，相对于煤R 50质量％，分别添加了50质量％的煤A～C。在此，焦炭的强度最高的是混煤2。添加在该混煤2中的煤B是相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量小的煤。与此相对，焦炭的强度低的混煤1、混煤3是配合有相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量大的煤A、煤C的混煤。即，如果添加相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量大的煤，则结果是焦炭的强度降低。
如果对混煤1和混煤4进行比较，在混煤4中，混煤1的煤A的配合量减少了20％，取而代之添加了煤B。即，将相对于惰质组的变动量的半焦的表面张力的变动量大的煤A的20质量％的量变更为相对于惰质组的变动量的半焦的表面张力的变动量小的煤B。混煤4的焦炭的强度高于混煤1的焦炭的强度，因此，可知相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量小的煤是优选作为提高焦炭的强度的焦炭原料的煤。
根据以上结果，以相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量作为指标，该变动量小的煤可以评价为适合作为焦炭原料。认为该结果是基于界面张力对焦炭强度的影响的结果。即，在相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量大的煤的情况下，γ100与γ0的值差异大。如果假定煤包含软化熔融的成分和不软化熔融的成分，则上述差异意味着这两者的半焦的表面张力差异大。推测：如果不认为一个品种的煤是均质的而认为一个品种的煤包含软化熔融的成分和不软化熔融的成分，则在配合该煤作为焦炭原料的情况下，其中包含半焦的表面张力差异大的成分。表面张力之差越大则界面张力越大，因此，包含半焦的表面张力差异大的成分的混煤的界面张力γblend也变大而界面处的粘结性降低，由此，对焦炭强度产生不良影响。
接着，对混煤的制备方法的实施方式进行说明。关于混煤的制备方法，有三个实施方式。在第一实施方式的混煤的制备方法中，算出界面张力，求出该界面张力与焦炭的强度的相关关系，根据该相关关系求出达到期望的焦炭的强度的界面张力，以成为该界面张力以下的质量比例将煤混合而制备混煤。在第二实施方式的混煤的调整方法中，以算出的界面张力为0.26mN/m以下的质量比例将煤混合而制备混煤。在第三实施方式的混煤的调整方法中，限制在上述煤的评价方法中评价为不优选的煤的配合比例而制备混煤。首先，对第一实施方式的混煤的调整方法进行说明。
＜第一实施方式的混煤的制备方法＞
第一实施方式的混煤的调整方法具有下述工序1～工序3。
[工序1]
在工序1中，假定构成混煤的各品种的煤包含惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织。将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定多个煤试样的惰质组量。进一步，测定对它们进行热处理而得到的半焦的表面张力，求出基于惰质组量和表面张力的回归直线，由该回归直线求出惰质组成分成为100％的表面张力γ100和惰质组成分成为0％的表面张力γ0。
[工序2]
在继工序1之后的工序2中，假定惰质组组织的半焦的表面张力为表面张力γ100、熔融组织的和软化熔融组织的半焦的表面张力为表面张力γ100和γ0，由各品种的惰质组组织和软化熔融组织的质量比例和表面张力γ100及γ0，根据[1]式或[2]式及[3]式算出界面张力γblend。
在本实施方式中，假定一个品种的煤由包含惰质组成分为100％的惰质组组织的煤和包含惰质组成分为0％的软化熔融组织的煤两种煤构成，假定包含惰质组组织的煤和包含软化熔融组织的煤的半焦的表面张力为表面张力γ100和γ0。在本实施方式中，在该假定下根据[1]或[2]式及[3]式算出界面张力γblend。
即，在混煤中实际存在n个品种的煤的情况下，在本实施方式中，设定成存在包含惰质组组织的煤和包含软化熔融组织的煤的两种×n个品种的煤，将包含惰质组组织的煤和包含软化熔融组织的煤的质量比例设为wi(表示1、2、……、i、……2×n煤的质量比例)。将存在的煤的表面张力γ100和γ0代入[1]或[2]式的γi和γj，由此能够算出由两个品种的煤得到的半焦间的界面张力γij。由界面张力γij根据[3]式能够算出界面张力γblend。在[3]式中，通过将混煤中所含的一个品种的煤的质量比例与该煤的标准煤试样的惰质组组织和软化熔融组织的质量比例(例如参考表3)进行相乘，由此能够算出包含惰质组组织的煤和包含软化熔融组织的煤的混煤中的质量比例wi和wj。
作为实验2，针对由表4所示的煤D～N构成的混煤5～14，以如上所述存在包含惰质组组织的煤和包含软化熔融组织的煤两种的形式算出界面张力γblend，求出界面张力γblend与焦炭的强度DI150/15(-)的关系。表4所示的分析值通过与表1的说明中记载的方法相同的方法进行测定。表面张力是通过薄膜浮选法测定在500℃对各煤进行热处理后的半焦的表面张力而得的表面张力分布的平均值。惰质组成分为100％的惰质组组织的表面张力和惰质组成分为0％的软化熔融组织的表面张力分别为通过实验1记载的方法算出的γ100和γ0的值。
[表4]
＜实验2＞
将各品种的配合比例、混煤的品质、对各混煤进行干馏而得到的焦炭的强度DI(150/15)示于表5中。logMF、Ro、TI、灰分、挥发成分是根据配合比例对混煤中所含的煤的各自的分析值进行加权平均而得的值。γblend是通过与[工序2]中说明的方法相同的方法算出的值。在本实施例中，将低评价煤设为表示相对于惰质组的变动量的半焦的表面张力的变动量的γ100-γ0的绝对值为6mN/m以上的煤。因此，低评价煤比率是γ100-γ0的绝对值为6mN/m以上的煤的配合比例的合计。
在表5的配合例中，以混煤的Ro为约1.03％的方式配合煤。在表2的配合例中，示出了使用Ro为1.20～1.59％的煤并使混煤的Ro为1.30～1.40％的例子。但是，在以制造焦炭为目的的混煤的情况下，一般配合煤的性状不同的多个品种的煤(5个品种～20个品种)，将配合的煤限定为少数品种的情况下，因配合的煤的制约而操作的自由度受限，因此不优选。Ro大的煤具有价格昂贵的倾向，因此在实验2中以设定为现实的操作条件为目的，在实验2中，使用了Ro小于表2的配合例的混煤。
本实施方式中的混煤的品质不限于表5所示的例子。作为混煤的平均品质，只要Ro为0.9～1.4％、logMF为1.7～3.0(logddpm)、TI为15～40％的范围就可以适当地使用本发明。特别优选的范围是Ro为0.9～1.3％、logMF为2.0～3.0(logddpm)、TI为20～40％。作为各个煤品种的品质，只要是Ro为0.6～1.7(％)、MF为0～60000ddpm、TI为3～45(％)、挥发成分为3～45％、灰分为1～20％、表面张力(分布的平均值)为36～46mN/m的煤，就能够适当地使用本发明。
[表5]
表5的γblend如下算出。例如，在表5的混煤5中的D煤的情况下，D煤的配合比例为30％。对于该混煤5，假定D煤包含惰质组组织和软化熔融组织两种煤，使D煤的惰质组组织的煤的配合比例为D煤的配合比例30％乘以D煤中的惰质组组织的比例37.8％，结果为11.3％，使D煤的软化熔融组织的煤的配合比例为D煤的配合比例30％乘以D煤中的软化熔融组织的比例62.2％，结果为18.7％。如此，以各煤中的惰质组组织的煤和软化熔融组织的煤分别为单独的品种的方式进行处理，使用[3]式算出γblend。
图3是表示通过本发明的方法算出的界面张力γblend与焦炭的强度DI150/15(-)的关系的图。如图3的双点划线曲线所示那样，可知：随着界面张力γblend增大而焦炭的强度DI150/15(-)降低的相关关系在界面张力γblend与焦炭的强度DI150/15(-)之间成立。该曲线可以通过在如图3这样的图中利用最小二乘法、徒手描绘相关线来导出。
[工序3]
在工序3中，根据在工序2中求出的相关关系求出达到期望强度的界面张力γblend。界面张力γblend越大，则煤粒子间的粘结越弱，因此，以成为求出的该界面张力γblend以下的质量比例将各品种的煤混合而制备混煤。根据由构成混煤的煤得到的半焦的表面张力及其煤的质量比例算出界面张力，在算出的界面张力为达到期望的焦炭的强度的界面张力以下的情况下，以该质量比例将多个品种的煤混合而制备混煤。可以期待对如此调整的混煤进行干馏而制造的焦炭达到期望的强度以上。
在工序3中为了制备混煤而使用的煤可以与工序2中的实验2中使用的煤不同。工序2是为了由特定的混煤预先进行焦炭制造试验而求出混煤的γblend与焦炭强度的相关关系而实施的。工序3可以基于工序2中已求出的相关关系以γblend为可提供期望强度的值以下的方式自由地选择煤。此时，优选使工序2中预先进行的焦炭制造试验中使用的混煤的平均性状为与工序3中制备的混煤的平均性状接近的值。由此，能够更高精度地预测由在工序3中制备的混煤得到的焦炭的强度。例如，进一步优选使工序2中使用的混煤的平均性状与工序3中制备的混煤的平均性状以平均反射率之差计为0.2％以内、以logMF计为1.0(logddpm)以内。进一步优选使用在工序3中使用的煤的一半以上的种类的煤进行工序2的试验。但是，不管是何种性状的混煤，只要混煤的γblend为可提供期望的焦炭强度的γblend的值以下，就能够期待制造比该γblend的值以上的混煤更高强度的焦炭。
在表5和图3所示的例子中，能够制造在78.5～80.5之间优选的焦炭强度的焦炭。在需要更高的焦炭强度的情况下，改变所使用的煤的种类、或者调整混煤的品质即可。具体而言，如果增大混煤的Ro，则焦炭的强度提高，因此，进行使混煤的Ro大于表5的例子而改变了γblend的值的焦炭制造试验，在该配合条件下，求出γblend与焦炭强度的关系，可以基于该关系确定用于制造具有期望强度的焦炭的γblend。
在第一实施方式的混煤的制备方法中，进行工序1和2与工序3的主体可以不同。在工序3中，可以预先进行工序1和工序2，基于预先求出的相关关系，求出界面张力γblend。即，即使进行工序1和工序2的主体与进行工序3的主体不同，也能够实施第一实施方式的混煤的制备方法。同样地，进行工序1的主体与进行工序2和工序3的主体也可以不同。即，可以基于预先求出的表面张力γ100和γ0求出焦炭强度与γblend的相关关系。接着，对第二实施方式的混煤的制备方法进行说明。
＜第二实施方式的混煤的制备方法＞
第二实施方式的混煤的制备方法具有下述工序α和工序β。
[工序α]
在工序α中，假定构成混煤的各品种的煤包含惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织。接着，将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定多个煤试样的惰质组量。进一步，测定对它们进行热处理而得到的半焦的表面张力，求出基于惰质组量和表面张力的回归直线，由该回归直线求出惰质组成分成为100％的表面张力γ100和惰质组成分成为0％的表面张力γ0。该工序α与第一实施方式的混煤的调整方法中的[工序1]相同，因此省略重复说明。
[工序β]
在工序β中，假定惰质组组织的半焦的表面张力为表面张力γ100、软化熔融组织的半焦的表面张力为表面张力γ0。接着，由各品种的配合比例、惰质组组织和软化熔融组织的质量比例、表面张力γ100、γ0及[3]式算出界面张力γblend。求出该界面张力的过程与第一实施方式的混煤的制备方法中的[工序2]相同，因此省略重复说明。
在工序β中，以算出的界面张力为0.26mN/m以下的方式确定构成混煤的各品种的煤的质量比例。如图3的双点划线所示那样，如果以算出界面张力γblend为0.26mN/m以下的方式将多个品种的煤以规定的质量比例配合而制备混煤，则能够抑制对该混煤进行干馏而制造的焦炭的强度的降低，能够期待制造高强度的焦炭。图3的结果基于在500℃的条件下对煤进行热处理而制备半焦的结果。因此，优选使用在500℃制备的半焦的表面张力的值。但是，即使半焦的制备温度不同，界面张力的值也没有较大变化，因此，即使在其它温度下制备半焦的情况下，通过制成界面张力的值为0.26mN/m以下的混煤也能够实现制造高强度的焦炭。
在第二实施方式的混煤的制备方法中，可以预先实施工序α而预先求出煤的表面张力γ100和表面张力γ0，使用预先求出的表面张力γ100和表面张力γ0实施工序β。即，即使进行工序α的主体与进行工序β的主体不同，也能够实施第二实施方式的混煤的制备方法。接着，对第三实施方式的混煤的制备方法进行说明。
＜第三实施方式的混煤的制备方法＞
第三实施方式的混煤的制备方法具有下述工序A和工序B。第三实施方式使用相对于惰质组量的变动量的表面张力的变动量作为指标。如表2所示，相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量小的煤被评价为适合作为焦炭原料，相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量大的煤被评价为不适合作为焦炭原料。表2中，使用有限的少量的煤，混煤的Ro的值也是比一般使用的混煤的值大的值。因此，基于作为更现实的配合条件的表5的结果，对用于评价煤的相对于惰质组量的变动量的半焦的表面张力的变动量的基准进行了研究。
[工序A]
在第三实施方式中的工序A中，假定构成混煤的各品种的煤包含惰质组成分为100％的惰质组组织和惰质组成分为0％的软化熔融组织。接着，将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，测定多个煤试样的惰质组量。进一步，测定对它们进行热处理而得到的半焦的表面张力，求出基于惰质组量和表面张力的回归直线，由该回归直线求出惰质组成分成为100％的表面张力γ100和惰质组成分成为0％的表面张力γ0。该工序A与第一实施方式的混煤的制备方法中的[工序]1、第二实施方式的混煤的制备方法中的[工序α]相同，因此省略重复说明。
[工序B]
在工序B中，假定由惰质组组织得到的半焦的表面张力为表面张力γ100、由软化熔融组织得到的半焦的表面张力为表面张力γ0。接着，基于γ100与γ0之差的绝对值，确定不适合作为焦炭原料的煤，以其配合比例减少的方式制备混煤。在表4所示的煤D～N中，将γ100与γ0之差为6mN/m以上的煤设为不适合作为焦炭原料的低评价煤，将γ100与γ0之差小于6mN/m的煤设为适合作为焦炭原料的高评价煤，确认低评价煤的配合比例与焦炭强度的关系。
图4是示出低评价煤的配合比例与焦炭的强度的关系的图。如图4所示，可知γ100与γ0之差为6mN/m以上的低评价煤的配合比例与焦炭强度之间存在高相关性。即，γ100-γ0的绝对值为6mN/m以上的煤被评价成不适合作为焦炭原料的低评价煤，以该低评价煤的配合比例为45质量％以下的方式将煤混合而制备混煤。通过如此制备混煤，该混煤成为能够期待制造高强度的焦炭的混煤。虽然该结果也基于在500℃的条件下制备的半焦的表面张力的值，但即使使用在除此以外的温度下制备的半焦的值也能够同样地评价。γ100-γ0的绝对值为6mN/m以上的煤可以评价为不适合作为焦炭原料的低评价煤，因此，该煤的配合比例越少越好。即，γ100-γ0的绝对值为6mN/m以上的煤的优选的配合比例的下限值为0％。
在第三实施方式的混煤的制备方法中，可以预先实施工序A，预先求出煤的表面张力γ100和表面张力γ0，使用预先求出的表面张力γ100和表面张力γ0，实施工序B。即，即使进行工序A的主体与进行工序B的主体不同，也能够实施第三实施方式的混煤的制备方法。
如此，通过本发明能够评价某个品种的煤是否是优选作为冶金用焦炭的原料的煤。除此以外，与现有技术相比能够更准确地指定构成可制造达到期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例。由此，能够实现制造达到期望强度的焦炭。
Claims (5)
1.一种煤的评价方法，其中，
将一个品种的煤粉碎，制作惰质组量不同的多个煤试样，
测定所述多个煤试样的惰质组量，并且测定对所述多个煤试样进行热处理而得到的半焦的表面张力，
以由基于所述惰质组量和所述表面张力的回归直线求出的表面张力的变动量相对于惰质组量的变动量的比例作为指标，对所述煤进行评价。
2.一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，
基于由所述混煤的界面张力与由所述混煤制造的焦炭的强度求出的相关关系，根据所述相关关系求出达到期望强度的界面张力，以成为所述达到期望强度的界面张力以下的质量比例混合所述两个品种以上的煤而制备混煤，
所述混煤的界面张力由对于混煤中的各品种的煤根据权利要求1所述的煤的评价方法中的所述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0、所述混煤中的各品种的煤的配合比例、惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例求出。
3.一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，
以界面张力成为0.26mN/m以下的质量比例混合所述两个品种以上的煤而制备混煤，
所述界面张力由对于混煤中的各品种的煤根据权利要求1所述的煤的评价方法中的所述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100和惰质组量成为0％的表面张力γ0、所述混煤中的各品种的煤的配合比例、各品种的煤的惰质组组织的质量比例、软化熔融组织的质量比例算出。
4.一种混煤的制备方法，其是含有两个品种以上的煤的混煤的制备方法，其中，
以对于混煤中的各品种的煤根据权利要求1所述的煤的评价方法中的所述回归直线求出的惰质组量成为100％的表面张力γ100与惰质组量成为0％的表面张力γ0之差的绝对值成为6mN/m以上的煤在混煤中的质量比例成为45质量％以下的方式，混合所述两个品种以上的煤而制备混煤。
5.一种焦炭的制造方法，其中，
通过权利要求2至权利要求4中任一项所述的混煤的制备方法制备混煤，
对所述混煤进行干馏而制造焦炭。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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