JP2012241102A

JP2012241102A - コークス強度の推定方法及び推定プログラム

Info

Publication number: JP2012241102A
Application number: JP2011112439A
Authority: JP
Inventors: Masato Kitao; 政人北尾; Hiroko Nishihata; 裕子西端; Masaru Nishimura; 勝西村
Original assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: JP5758698B2

Abstract

【課題】コークス強度を精度よく簡単に推定することができるコークス強度の推定方法及び推定プログラムを提供する。
【解決手段】コークスの強度を表すＤＩを推定するための方法であって、前記コークスの気孔率Ｐに基づいて、下記式１を満たす強度基準値ｙ１を算出する工程と、前記コークスの真比重Ｄｔに基づいて、下記式２を満たす差分基準値ｙ２を算出する工程と、強度基準値ｙ１と差分基準値ｙ２を加算することにより、ＤＩの推定値を算出する工程とを含むことを特徴とするコークス強度の推定方法。（式１）ｙ１＝−ａ×Ｐ2＋ｂ×Ｐ−ｃ。（式２）ｙ２＝ｄ×Ｄｔ−ｅ。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークスの強度を表すＤＩを推定するためのコークス強度の推定方法及び推定プログラムに関するものである。

コークス強度は、高炉の操業に大きな影響を与える要因の１つである。すなわち、石炭をコークス炉で乾留することにより製造されるコークスは、その後の高炉への搬送や高炉内での衝撃に耐える必要があるため、高い強度が求められている。

コークス強度は、例えばＪＩＳ規格「ＪＩＳＫ２１５１」に準拠したドラム強度指数（ＤＩ）により評価することができる。このＤＩの測定においては、試料を規定のドラム試験機に挿入し、規定速度で規定数だけ回転させた後にふるい分け、各区分ごとにその重量を求めることにより、試料に対する加算分率（％）をＤＩとして表わすことができる。

実操業においては、操業管理のためにコークス強度の推定が行われるが、その推定方法は、原料となる石炭の性状を用いた推定方法（例えば、特許文献１〜４参照）と、石炭から製造されるコークスの性状を用いた推定方法（例えば、特許文献５〜７参照）とに大別することができる。

石炭の性状を用いてコークス強度を推定する方法としては、ギーセラー最高流動度（ＭＦ）、ディラートメータ（全膨張率）、ビトリニット平均反射率（Ｒｏ）、全イナート分（ＴＩ）などから推定する方法を例示することができる。

一方、コークスの性状を用いてコークス強度を推定する方法は、コークス自体の性状からＤＩを推定する点で、より本質的な推定方法である。この推定方法としては、例えばコークスを多孔質物質として評価し、基質部分と気孔部分とに分けて、それぞれからコークス強度を推定する方法を例示することができる。

特開２００４−２７９２０６号公報特開２０００−６３８４６号公報特開平９−２６３７６４号公報特開平９−７２８６９号公報特開２００４−２５１８５０号公報特開２００４−２６９０２号公報特開２００７−２９１２６２号公報

しかしながら、石炭の性状を用いてコークス強度を推定する方法では、原料となる石炭の性状からの推定であるため、製造条件によって変化するコークス強度を精度よく推定することが困難である。また、原料に関する情報がない場合には、コークス強度を推定すること自体が不可能となる。

コークスの性状を用いてコークス強度を推定する方法においても、上記のようにコークスを多孔質物質として評価する方法では、基質部分と気孔部分の性状をそれぞれ別々の試験で測定し破壊強度の測定等を行うため、手間や時間がかかるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コークス強度を精度よく簡単に推定することができるコークス強度の推定方法及び推定プログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、少量のコークスを用いて精度よくコークス強度を推定することができるコークス強度の推定方法及び推定プログラムを提供することを目的とする。

本願発明者は、コークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔに着目し、これらのパラメータとＤＩの実測値との関係を研究した結果、一定の関係が成り立つことを見出した。具体的には、コークスの気孔率Ｐを変数とする二次関数により、ＤＩの実測値に近似した強度基準値ｙ_１を表すことができ、当該強度基準値ｙ_１とＤＩの実測値との差分を、コークスの真比重Ｄ_ｔを変数とする一次関数により表わされる差分基準値ｙ_２に近似することができることを見出した。下記（式１）、（式２）及び（式３）は、本願発明者の研究によって見出された式である。また、下記（式４）は、ＪＩＳ規格「ＪＩＳＫ２１５１」に規定された式に基づくものである。

本発明に係るコークス強度の推定方法は、コークスの強度を表すＤＩを推定するための方法であって、前記コークスの気孔率Ｐに基づいて、下記式１を満たす強度基準値ｙ_１を算出する工程と、前記コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式２を満たす差分基準値ｙ_２を算出する工程と、強度基準値ｙ_１と差分基準値ｙ_２を加算することにより、ＤＩの推定値を算出する工程とを含むことを特徴とする。
（式１）ｙ_１＝−ａ×Ｐ²＋ｂ×Ｐ−ｃ
（式２）ｙ_２＝ｄ×Ｄ_ｔ−ｅ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。

このような構成によれば、コークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔを用いて、コークスの強度を表すＤＩの推定値を算出することができる。したがって、簡単に測定可能なコークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔを用いて、コークス強度を精度よく簡単に推定することができる。

また、コークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔは、少量のコークスを用いて測定可能である。したがって、少量のコークスを用いて精度よくコークス強度を推定することができる。

前記コークス強度の推定方法は、少量法により測定された前記コークスの見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、下記式３を満たす体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出する工程と、推定値Ｄ_ａ２及び真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式４を満たす気孔率Ｐを算出する工程とを含むことが好ましい。
（式３）Ｄ_ａ２＝ｆ×Ｄ_ａ１−ｇ
（式４）Ｐ＝（１−Ｄ_ａ２／Ｄ_ｔ）×１００
ｆ、ｇは定数を示す。

このような構成によれば、少量のコークスを用いた少量法によりコークスの見かけ比重Ｄ_ａ１を測定するだけで、体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出し、当該推定値Ｄ_ａ２を用いてコークスの気孔率Ｐを算出することができる。このようにして算出したコークスの気孔率Ｐを用いてＤＩの推定値を算出することにより、少量のコークスを用いて精度よくコークス強度を推定することができる。

本発明に係るコークス強度の推定プログラムは、コークスの強度を表すＤＩを推定するためのプログラムであって、前記コークスの気孔率Ｐに基づいて、下記式１を満たす強度基準値ｙ_１を算出する工程と、前記コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式２を満たす差分基準値ｙ_２を算出する工程と、強度基準値ｙ_１と差分基準値ｙ_２を加算することにより、ＤＩの推定値を算出する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
（式１）ｙ_１＝−ａ×Ｐ²＋ｂ×Ｐ−ｃ
（式２）ｙ_２＝ｄ×Ｄ_ｔ−ｅ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。

前記コークス強度の推定プログラムは、少量法により測定された前記コークスの見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、下記式３を満たす体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出する工程と、推定値Ｄ_ａ２及び真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式４を満たす気孔率Ｐを算出する工程とをコンピュータに実行させることが好ましい。
（式３）Ｄ_ａ２＝ｆ×Ｄ_ａ１−ｇ
（式４）Ｐ＝（１−Ｄ_ａ２／Ｄ_ｔ）×１００
ｆ、ｇは定数を示す。

本発明の一実施形態に係るコークス強度の推定方法の一例を示すフローチャートである。表１の結果から導き出されたＤＩの実測値と気孔率との関係を示すグラフである。強度基準値ｙ_１とＤＩの実測値との差分に対する真比重の関係を示すグラフである。算出されたＤＩの推定値とＤＩの実測値との関係を示すグラフである。気孔率の算出方法の一例を示すフローチャートである。少量法による見かけ比重の実測値と体積法による見かけ比重の実測値との関係を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係るコークス強度の推定方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、コークスの強度を表す指数としてＪＩＳ規格「ＪＩＳＫ２１５１」に規定されたＤＩ（ドラム強度指数）を推定する方法について説明する。

コークス強度を推定する際には、まず、コークスの真比重Ｄ_ｔを測定する（ステップＳ１０１）。真比重Ｄ_ｔは、空隙を含まない比重を意味しており、少量のコークスをサンプルとして用いて、周知の方法により容易に測定することができる。真比重Ｄ_ｔの測定は、ＪＩＳ規格「ＪＩＳＫ２１５１」に準拠して行うことが可能である。ただし、コークスの真比重Ｄ_ｔを測定する工程（ステップＳ１０１）を行うことなく、予め定められた真比重Ｄ_ｔの値を用いてコークス強度を推定してもよい。

その後、コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいてコークスの気孔率Ｐを算出する（ステップＳ１０２）。気孔率Ｐは、Ｐ＝（１−Ｄ_ａ／Ｄ_ｔ）×１００で表すことができる。ここで、Ｄ_ａはコークスの見かけ比重である。見かけ比重Ｄ_ａは、空隙を含む比重を意味しており、少量のコークスをサンプルとして用いて、周知の方法により容易に測定することができる。ＪＩＳ規格「ＪＩＳＫ２１５１」に規定された見かけ比重Ｄ_ａの測定方法としては、体積法と少量法とがある。体積法では約８ｋｇのコークスが必要となるが、少量法では約２５０ｇのコークスで測定が可能である。

本実施形態では、コークスの気孔率Ｐに基づいて、ＤＩの推定値の基準となる強度基準値ｙ_１を算出するとともに（ステップＳ１０３）、コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいて、強度基準値ｙ_１とＤＩの実測値との差分の基準となる差分基準値ｙ_２を算出する（ステップＳ１０４）。これらの工程（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）は、どちらを先に行ってもよい。

強度基準値ｙ_１としては、下記式１を満たす値を算出する。また、差分基準値ｙ_２としては、下記式２を満たす値を算出する。
（式１）ｙ_１＝−ａ×Ｐ²＋ｂ×Ｐ−ｃ
（式２）ｙ_２＝ｄ×Ｄ_ｔ−ｅ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。

上記式１及び式２について、表及び図面を用いて説明する。下記表１は、複数種類のコークスのサンプルを用いて、ＤＩの実測値（ＤＩ^１５０ _１５）、体積法による見かけ比重、真比重及び気孔率などを測定した結果を示している。

図２は、表１の結果から導き出されたＤＩの実測値と気孔率との関係を示すグラフである。表１における各サンプルのＤＩの実測値（平均値）と気孔率との関係は、図２のようにプロットすることができる。

この結果から、図２に実線で示すように、気孔率を変数とする二次関数により、ＤＩの実測値に対する近似値を表すことができる。この近似値が、上記式１に示した強度基準値ｙ_１となる。この例では、上記式１における各定数ａ、ｂ、ｃの値が、ａ＝３．９２４９、ｂ＝３４５．１５、ｃ＝７５００．４となっている。

図３は、強度基準値ｙ_１とＤＩの実測値との差分に対する真比重の関係を示すグラフである。表１における各サンプルの真比重と上記差分との関係は、図３のようにプロットすることができる。

この結果から、図３に実線で示すように、真比重を変数とする一次関数により、強度基準値ｙ_１とＤＩの実測値との差分に対する近似値を表すことができる。この近似値が、上記式２に示した差分基準値ｙ_２となる。この例では、上記式２における各定数ｄ、ｅの値が、ｄ＝６７．９４６、ｅ＝１２８．４４となっている。

各定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの値は、複数種類のコークスのサンプルを用いて予め求めることができるが、上記値に限定されるものではない。

算出された強度基準値ｙ_１と差分基準値ｙ_２は加算され、これによりＤＩの推定値が算出される（図１のステップＳ１０５）。

図４は、算出されたＤＩの推定値とＤＩの実測値との関係を示すグラフである。表１における各サンプルについて、上記のようにして算出されたＤＩの推定値とＤＩの実測値（平均値）との関係は、図４のようにプロットすることができる。

この結果から、図４に実線で示すように、算出されたＤＩの推定値とＤＩの実測値とがほぼ同等であることが分かる。このように、本実施形態では、コークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔを用いて、コークスの強度を表すＤＩの推定値を算出することができる。したがって、簡単に測定可能なコークスの気孔率Ｐと真比重Ｄ_ｔを用いて、コークス強度を精度よく簡単に推定することができる。

図５は、気孔率Ｐの算出方法の一例を示すフローチャートである。この例では、少量法によりコークスの見かけ比重Ｄ_ａ１を測定し（ステップＳ２０１）、測定した見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、気孔率Ｐを算出する方法について説明する。

まず、測定した見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出する（ステップＳ２０２）。このとき、体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２としては、下記式３を満たす値を算出する。
（式３）Ｄ_ａ２＝ｆ×Ｄ_ａ１−ｇ
ｆ、ｇは定数を示す。

その後、コークスの真比重Ｄ_ｔと、算出された体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２とに基づいて、下記式４を満たす気孔率Ｐを算出する（ステップＳ２０３）。
（式４）Ｐ＝（１−Ｄ_ａ２／Ｄ_ｔ）×１００

上記式３について、表及び図面を用いて説明する。下記表２は、２つのサンプルを用いて、一方のサンプルの見かけ比重を少量法により測定するとともに、他方のサンプルの見かけ比重を体積法により測定し、それらの値から算出されたＤＩの推定値とＤＩの実測値との関係を比較した結果を示している。

図６は、少量法による見かけ比重の実測値と体積法による見かけ比重の実測値との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、少量法による見かけ比重の実測値を変数とする一次関数により、体積法による見かけ比重の実測値に対する近似値を表すことができる。この近似値が、上記式３に示した体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２となる。この例では、上記式３における各定数ｆ、ｇの値が、ｆ＝１．１５１９、ｇ＝０．１０２２となっている。

各定数ｆ、ｇの値は、複数種類のコークスのサンプルを用いて予め求めることができるが、上記値に限定されるものではない。

上記表２のサンプルＬについては、少量法により測定した見かけ比重Ｄ_ａ１の値（１．０３６）に基づいて、上記式３を満たす値（１．０９）を体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２として算出した。このようにして算出した推定値Ｄ_ａ２と、予め測定された真比重Ｄ_ｔとに基づいて、上記式４を満たす気孔率Ｐを算出し、当該気孔率Ｐを用いてＤＩの推定値を算出した。その結果、上記表２の通り、算出されたＤＩの推定値は、ＤＩの実測値とほぼ同等であった。

上記表２のサンプルＭについては、体積法により見かけ比重Ｄ_ａを測定し、その見かけ比重と、予め測定された真比重Ｄ_ｔとに基づいて、Ｐ＝（１−Ｄ_ａ／Ｄ_ｔ）×１００の式により気孔率Ｐを算出した。当該気孔率Ｐを用いてＤＩの推定値を算出した結果、上記表２の通り、算出されたＤＩの推定値は、ＤＩの実測値とほぼ同等であった。

上述の式３及び式４を用いれば、少量のコークスを用いた少量法によりコークスの見かけ比重Ｄ_ａ１を測定するだけで、体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出し、当該推定値Ｄ_ａ２を用いてコークスの気孔率Ｐを算出することができる。このようにして算出したコークスの気孔率Ｐを用いてＤＩの推定値を算出することにより、少量のコークスを用いて精度よくコークス強度を推定することができる。

図１におけるステップＳ１０２〜Ｓ１０５、及び、図５におけるステップＳ２０２、Ｓ２０３の各工程は、それぞれコンピュータがプログラムを実行することにより行うことができる。この場合、プログラムを実行するコンピュータは、コークス強度の推定装置として機能することとなる。ただし、上記工程の少なくとも一部を作業者が行うこともできる。また、図１及び図５に示す全ての工程を自動化することも可能である。

Claims

コークスの強度を表すＤＩを推定するための方法であって、
前記コークスの気孔率Ｐに基づいて、下記式１を満たす強度基準値ｙ_１を算出する工程と、
前記コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式２を満たす差分基準値ｙ_２を算出する工程と、
強度基準値ｙ_１と差分基準値ｙ_２を加算することにより、ＤＩの推定値を算出する工程とを含むことを特徴とするコークス強度の推定方法。
（式１）ｙ_１＝−ａ×Ｐ²＋ｂ×Ｐ−ｃ
（式２）ｙ_２＝ｄ×Ｄ_ｔ−ｅ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。
少量法により測定された前記コークスの見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、下記式３を満たす体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出する工程と、
推定値Ｄ_ａ２及び真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式４を満たす気孔率Ｐを算出する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のコークス強度の推定方法。
（式３）Ｄ_ａ２＝ｆ×Ｄ_ａ１−ｇ
（式４）Ｐ＝（１−Ｄ_ａ２／Ｄ_ｔ）×１００
ｆ、ｇは定数を示す。
コークスの強度を表すＤＩを推定するためのプログラムであって、
前記コークスの気孔率Ｐに基づいて、下記式１を満たす強度基準値ｙ_１を算出する工程と、
前記コークスの真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式２を満たす差分基準値ｙ_２を算出する工程と、
強度基準値ｙ_１と差分基準値ｙ_２を加算することにより、ＤＩの推定値を算出する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするコークス強度の推定プログラム。
（式１）ｙ_１＝−ａ×Ｐ²＋ｂ×Ｐ−ｃ
（式２）ｙ_２＝ｄ×Ｄ_ｔ−ｅ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数を示す。
少量法により測定された前記コークスの見かけ比重Ｄ_ａ１に基づいて、下記式３を満たす体積法による見かけ比重の推定値Ｄ_ａ２を算出する工程と、
推定値Ｄ_ａ２及び真比重Ｄ_ｔに基づいて、下記式４を満たす気孔率Ｐを算出する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする請求項３に記載のコークス強度の推定プログラム。
（式３）Ｄ_ａ２＝ｆ×Ｄ_ａ１−ｇ
（式４）Ｐ＝（１−Ｄ_ａ２／Ｄ_ｔ）×１００
ｆ、ｇは定数を示す。