JP2022149760A - Estimation method of volume destruction strength of coke - Google Patents

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Abstract

To provide a method for highly accurate and rapid estimation of volume destruction strength DI1506-15, irrespective of a mixing condition of mixed coal, and so on.SOLUTION: An estimation method of volume destruction strength of coke comprises: a first step of carrying out image-capturing processing of the coke obtained by destructive distillation of coal in a test coke oven with X-ray CT to acquire information on a crack shape of the coke; a second step of carrying out image analysis of the information on the crack shape to calculate an area of crack surfaces having a crack width of a threshold value or less; a third step of, for a plurality of pieces of coal differing in a property from each other, carrying out the first step and the second step to calculate the area of the crack surfaces having the crack width of the threshold value or less of each of pieces of coke and constructing an estimation formula of the volume destruction strength on the basis of the area of each of the crack surfaces and the volume destruction strength actually measured for each of the pieces of coke; and a fourth step of, using pieces of coal scheduled to be used in a blast furnace, estimating the volume destruction strength from the area of the crack surfaces of the pieces of coke obtained by carrying out the first step and the second step and the estimation formula obtained at the third step.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、コークスの体積破壊強度を推定する推定方法に関する。 The present invention relates to an estimation method for estimating the volumetric breaking strength of coke.

高炉操業の重要な管理指標としてコークスのドラム強度が知られており、一般にドラム強度DI150 15はサンプリングしたコークスをドラム試験機にて150回転させた後の15mm以上の質量分率により定義される。15mm以下の粉は表面破壊もしくは体積破壊により発生し、これらの破壊は亀裂や非溶融な成分の接着不良部位、扁平な形状の気孔などにより引き起こされることが知られている(非特許文献1参照)。また、表面破壊及び体積破壊はそれぞれ6mm以下および15-6mmの粉に対応していることが知られている(非特許文献2参照)。そのため、コークスのドラム強度DI150 15は、6mm以下の粉に対応した表面破壊強度DI150 および6-15mmの範囲の粉に対応した体積破壊強度DI150 6-15の和によって定義される。 Drum strength of coke is known as an important control index of blast furnace operation, and drum strength DI 150 15 is generally defined as a mass fraction of 15 mm or more after rotating the sampled coke 150 times with a drum tester. . Powder of 15 mm or less is generated by surface destruction or volume destruction, and these destructions are known to be caused by cracks, poor adhesion sites of non-melting components, flat-shaped pores, etc. (See Non-Patent Document 1. ). It is also known that surface fracture and volume fracture correspond to powders of 6 mm or less and 15-6 mm, respectively (see Non-Patent Document 2). The drum strength DI 150 15 of coke is therefore defined by the sum of the surface breaking strength DI 150 6 corresponding to powders up to 6 mm and the volume breaking strength DI 150 6-15 corresponding to powders in the range 6-15 mm.

特許文献1には、配合石炭の再固化温度とコークス強度試験後の6mm超15mm以下の粉生成量との関係から、コークスの体積破壊により生成する粉コークス量を推定する方法が記載されている。
特許文献2には、高石炭化度炭と低石炭化度炭とを配合し、配合する各石炭について乾留前に測定した石炭性状に基づいて、体積破壊粉コークス量を推定する方法において、配合炭の平均反射率、低石炭化度炭の配合率、配合炭の嵩密度、コークス炉の炉温を用いる方法が記載されている。
Patent Document 1 describes a method for estimating the amount of coke fines generated by coke volumetric destruction from the relationship between the resolidification temperature of blended coal and the amount of fine particles of more than 6 mm and 15 mm or less after the coke strength test. .
Patent Document 2 discloses a method of estimating the volume-destroyed fine coke amount based on the coal properties of each blended coal, measured before carbonization, by blending high-rank coal and low-rank coal. A method using the average reflectance of charcoal, the blending ratio of low-rank coal, the bulk density of blended coal, and the furnace temperature of a coke oven is described.

特許文献3には、石炭の揮発分VMと体積破壊強度DI150 6-15との相関関係を規定する一次式に基づき、体積破壊強度DI150 6-15を推定する方法が記載されている。
特許文献4には、測定した配合炭の収縮率と配合炭から得られるコークスの体積破壊強度DI150 6-15との関係(α2)に基づき、体積破壊強度DI150 6-15を推定する方法が記載されている。
Patent Literature 3 describes a method for estimating the volume breaking strength DI 150 6-15 based on a linear expression that defines the correlation between the volatile matter VM of coal and the volume breaking strength DI 150 6-15 .
Patent Document 4 describes a method for estimating the volume breaking strength DI 150 6-15 based on the relationship (α2) between the measured shrinkage ratio of the coal blend and the volume breaking strength DI 150 6-15 of coke obtained from the coal blend. is described.

特開平9-263764号公報JP-A-9-263764 特開2005-194358号公報JP-A-2005-194358 特開2007-291262号公報JP 2007-291262 A 特開2020-094200号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-094200

Peirce, T. J., et al. (1980). "Coke breakage behaviour in relation to its structure." Journal of Physics D: Applied Physics 13(6): 953.Peirce, T. J., et al. (1980). "Coke breakage behavior in relation to its structure." Journal of Physics D: Applied Physics 13(6): 953. Arima, T., et al. (1992). "Mechanism of Coke Size Degradation by Mechanical Impact." Tetsu-to-Hagane 78(7): 1101-1108.Arima, T., et al. (1992). "Mechanism of Coke Size Degradation by Mechanical Impact." Tetsu-to-Hagane 78(7): 1101-1108.

しかしながら、上記特許文献1~4の推定方法は、推定の基礎となる条件(例えば、配合条件、かさ密度・炉温)の範囲であれば、簡便かつ正確に体積破壊強度DI150 6-15を推定することができるが、当該条件を外れたコークスについては、推定精度が低下するため、変更後の条件に基づき改めて推定式を求める必要があった。推定式を再構築する際に、改めて実験等を行う必要があるため、体積破壊強度DI150 6-15を迅速に推定できない場合があった。 However, the estimation methods of Patent Documents 1 to 4 can easily and accurately determine the volume breaking strength DI 150 6-15 within the range of the conditions that form the basis of estimation (for example, blending conditions, bulk density and furnace temperature). However, for coke outside the conditions, the accuracy of the estimation decreases, so it was necessary to calculate the estimation formula again based on the changed conditions. When reconstructing the estimation formula, it was necessary to conduct experiments and the like again, so there were cases where the volume breaking strength DI 150 6-15 could not be estimated quickly.

そこで、本願発明は、配合炭の配合条件等に関わらず、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定する方法を提供することを目的とする。 Therefore, the object of the present invention is to provide a method for estimating the volume breaking strength DI 150 6-15 with high accuracy and speed regardless of the blending conditions of blended coal.

上記課題を解決するために、本発明に係るコークスの製造方法は、(1)試験コークス炉で石炭を乾留して得られたコークスに対して、X線CTによる撮像処理を行うことにより、コークスの亀裂形状に関する情報を取得する第1ステップと、前記の取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出する第2ステップと、性状が互いに異なる複数の石炭について、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行することにより、それぞれのコークスの亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出した後、算出した各亀裂面の面積とそれぞれのコークスについて実測した体積破壊強度とに基づき体積破壊強度を推定する推定式を構築する第3ステップと、高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、前記第1ステップ及び前記第2ステップを行うことにより得られたコークスの亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた推定式から体積破壊強度を推定する第4ステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the method for producing coke according to the present invention is as follows: (1) Coke obtained by carbonizing coal in a test coke oven is subjected to imaging processing by X-ray CT, The first step of obtaining information about the crack shape of the above, and the second step of calculating the area of the crack surface whose crack width is less than the threshold value by image analysis of the obtained information about the crack shape, and the properties are different from each other. By performing the first step and the second step for a plurality of coals, after calculating the area of the crack surface whose crack width is equal to or less than the threshold value of each coke, the calculated area of each crack surface and each coke A third step of constructing an estimation formula for estimating the volumetric fracture strength based on the measured volumetric fracture strength and using coal for coke production scheduled to be used in a blast furnace, the first step and the second step and a fourth step of estimating the volumetric fracture strength from the estimation formula obtained in the third step.

(2)体積破壊強度の実測値と前記第3ステップで構築する推定式による推定値との相関係数が0.85以上を満足するように前記閾値を設定することを特徴とする上記(1)に記載のコークスの体積破壊強度の推定方法。 (2) The threshold value is set so that the correlation coefficient between the measured value of the volume breaking strength and the estimated value by the estimation formula constructed in the third step satisfies 0.85 or more. ) method for estimating the volume breaking strength of coke described in ).

本発明によれば、X線CTを用いてコークスケーキの亀裂形状に関する情報を取得するだけで、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定することができる。 According to the present invention, the volume breaking strength DI 150 6-15 can be estimated with high accuracy and speed only by obtaining information on the crack shape of the coke cake using X-ray CT.

画像処理の方法を模式的に示した遷移図である。FIG. 4 is a transition diagram schematically showing an image processing method; 亀裂幅が小さい亀裂面の面積用いて体積破壊強度DI150 6-15を推定することを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining estimation of volume fracture strength DI 150 6-15 using the area of a crack face with a small crack width. 推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフである(実施例)7 is a graph showing the degree of correlation between the estimated result and the test result of the drum test (Example) 推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフである(比較例)7 is a graph showing the degree of correlation between the estimated result and the test result of the drum test (comparative example)

上述した通り、コークスのドラム強度DI150 15は、表面破壊強度DI150 および体積破壊強度DI150 6-15の和によって定義することができる。本実施形態は、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定する方法を提案するものである。以下、本実施形態の体積破壊強度DI150 6-15の推定方法について、以下のステップS1~4に項分けして、詳細に説明する。 As mentioned above, the coke drum strength DI 150 15 can be defined by the sum of the surface breaking strength DI 150 6 and the volume breaking strength DI 150 6-15 . This embodiment proposes a method for estimating the volume breaking strength DI 150 6-15 with high accuracy and speed. Hereinafter, the method for estimating the volume breaking strength DI 150 6-15 according to the present embodiment will be described in detail by dividing into steps S1 to S4 below.

(ステップS1)
試験コークス炉で石炭を乾留して得られたコークスケーキを、コークス塊に分断する前に(つまり、乾留容器に入れた状態で)例えば三次元医療用X線CTで撮像する。三次元医療用X線CTで撮像することにより、コークスケーキの亀裂形状に関する情報を三次元的に取得することができる。三次元医療用X線CTの代わりに、マイクロフォーカスX線CTを用いることもできる。ただし、三次元医療用X線CTはマイクロフォーカスX線CTと比べて亀裂形状を早期に取得できるため、三次元医療用X線CTを用いることが望ましい。
(Step S1)
A coke cake obtained by carbonizing coal in a test coke oven is imaged by, for example, three-dimensional medical X-ray CT before being cut into coke lumps (that is, in a state of being placed in a carbonization container). By imaging with a three-dimensional medical X-ray CT, it is possible to three-dimensionally acquire information about the crack shape of the coke cake. Microfocus X-ray CT can also be used instead of three-dimensional medical X-ray CT. However, it is desirable to use three-dimensional medical X-ray CT because three-dimensional medical X-ray CT can acquire the shape of cracks earlier than microfocus X-ray CT.

また、二次元X線CTを用いてコークスケーキを撮像することもできる。この場合、撮像枚数を増やすことにより、コークスケーキ全体の亀裂形状を把握することができる。なお、顕微鏡観察により亀裂形状を把握する方法も考えられるが、樹脂埋め研磨などの作業が必要となり、処理に時間を要するため、本発明の対象外とする。 Also, coke cake can be imaged using two-dimensional X-ray CT. In this case, the crack shape of the entire coke cake can be grasped by increasing the number of images. A method of grasping the shape of the crack by microscopic observation is also conceivable, but it is out of the scope of the present invention because it requires work such as resin embedding polishing and takes time for processing.

(ステップS2)
次に、ステップS1で取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂面を取得するとともに、亀裂面の面積及び亀裂幅を算出する。画像解析には、公知のソフトウェア(例えば、三次元画像解析ソフトウェアとして公知のAvizo)を用いることができる。具体的には、以下のステップS2-1~2-4に示す手順にしたがって画像解析を行うことができる。なお、本実施形態では、1mm前後の分解能を備えた三次元医療用X線CTを用いることができる。
(Step S2)
Next, by image-analyzing the information about the crack shape acquired at step S1, a crack surface is acquired and the area and crack width of a crack surface are calculated. Known software (for example, Avizo known as three-dimensional image analysis software) can be used for image analysis. Specifically, image analysis can be performed according to the procedure shown in steps S2-1 to 2-4 below. In addition, in this embodiment, a three-dimensional medical X-ray CT having a resolution of about 1 mm can be used.

(ステップS2-1について)
ステップS2-1において、撮像した画像に対して画像処理(例えば、輝度値の違いに基づいた2値化処理)を施し、コークスの部分と亀裂(空間)の部分とに分離する。2値化処理によって、例えば、コークスの部分を黒、亀裂の部分を白に分離することができる。ただし、色分けの方法はこれに限るものではなく、他の色を用いることもできる。図1の(a)は、分離後のコークスと亀裂とを模式的に二次元で表したものであるが、実際には、三次元的な画像データが得られる。なお、以下の説明で引用する図1の(b)~図1の(d)も二次元的な模式図であるが、実際には三次元的な画像データが得られる。
(About step S2-1)
In step S2-1, the captured image is subjected to image processing (for example, binarization processing based on the difference in luminance values) to separate the coke portion and the crack (space) portion. By the binarization process, for example, the coke portion can be separated into black and the crack portion into white. However, the method of color coding is not limited to this, and other colors can also be used. Although (a) of FIG. 1 schematically shows the separated coke and cracks in two dimensions, three-dimensional image data is actually obtained. Although FIGS. 1(b) to 1(d) cited in the following description are also two-dimensional schematic diagrams, three-dimensional image data can actually be obtained.

(ステップS2-2について)
ステップS2-2において、コークスの部分を更に塊毎に分離する分離処理を行う。ここで、図1の(b)に図示するように、コークス塊Aは、一見一つの塊のように見えるが、内部に亀裂xを有しており、衝撃を与えると亀裂xを起点として二つに分かれる。そこで、一見一つの塊に見えるようなコークス塊であっても、亀裂xを有するものは、衝撃を受けた際に分断すると見做し、異なる塊と判別する。本ステップにおける分離処理には、画像内の粒子のそれぞれを別々のものとして識別するための処理を行うWatershedアルゴリズム(非特許文献:Beucher and Meyer. The morphological approach to segmentation: the watershed transformation. Mathematical morphology in image processing; 34, 433-81 (1993).参照)を用いることができる。
(About step S2-2)
In step S2-2, separation processing is performed to further separate the coke portion into lumps. Here, as illustrated in FIG. 1(b), the coke mass A looks like one mass at first glance, but has a crack x inside, and when an impact is applied, it splits into two cracks starting from the crack x. divided into two. Therefore, even coke lumps that seem to be one lump at first glance, but have cracks x, are considered to be separated when subjected to an impact, and are discriminated as different lumps. The separation processing in this step includes the Watershed algorithm (Non-Patent Document: Beucher and Meyer. The morphological approach to segmentation: the watershed transformation. Mathematical morphology in image processing; 34, 433-81 (1993).) can be used.

ここで、亀裂xの幅が極めて小さい場合には、衝撃を受けても、コークス塊は分断しない。そこで、衝撃を受けた際の分断に影響を与える亀裂のみを考慮できるように、衝撃を受けた際の分断に寄与しない所定幅以下の亀裂を画像処理によって埋める。この所定幅は、実験等により求めることができる。例えば、実際に回転衝撃を加えたコークスをX線CTや顕微鏡で観察することによって、コークス塊内に残存する複数本のコークス亀裂を特定する。そして、これらの亀裂の中から亀裂幅が最大の亀裂を特定し、この特定した最大亀裂の幅を所定幅とすることができる。ここでは、一例として、回転衝撃時の分断に寄与しない幅を0.1mmとすることができる。回転衝撃は、例えば回転ドラムによって与えることができ、その回転数を150回転とすることで体積破壊強度DI150 6-15について評価することができる。 Here, if the width of the crack x is extremely small, the lump of coke will not split even if it receives an impact. Therefore, in order to consider only the cracks that affect the splitting when receiving an impact, the cracks with a width of less than a predetermined width that do not contribute to the splitting when receiving an impact are filled by image processing. This predetermined width can be determined by experiments or the like. For example, multiple coke cracks remaining in the coke mass can be identified by observing coke that has actually been subjected to rotational impact with X-ray CT or a microscope. Then, a crack having the largest crack width is specified from among these cracks, and the specified width of the largest crack can be set as the predetermined width. Here, as an example, the width that does not contribute to division at the time of rotational impact can be set to 0.1 mm. Rotational impact can be applied, for example, by a rotating drum, and the number of rotations is 150 so that the volume breaking strength DI 150 6-15 can be evaluated.

(ステップS2-3)
分離されたコークス塊毎に膨張処理を均等に施し、亀裂を埋める画像処理を行う。これにより、ステップS2-2で分離されたコークス塊間の境界を抽出する(図1の(c)参照)。
(Step S2-3)
Each separated coke mass is uniformly subjected to expansion processing, and image processing is performed to fill the cracks. As a result, boundaries between coke lumps separated in step S2-2 are extracted (see FIG. 1(c)).

(ステップS2-4)
ステップS2-3で抽出した境界と、ステップS2-1における亀裂の部位とを比較し、当該境界であってかつ当該亀裂の部位に位置する面を亀裂面CFとして抽出するとともに、亀裂幅Pを算出する(図1の(d)参照)。ここで、亀裂面CFとは、図1の(d)の紙面方向側に亀裂に沿って延伸する面のことであり、亀裂幅Pとは、亀裂面CFを挟んで向き合うコークス塊間の距離のことである。
図2(a)に示すように、それぞれの亀裂面CFを亀裂面CF1~CF4と定義したとき、本実施形態では亀裂幅Pの大小に応じて亀裂面CFを二つの区分に区分けする。図2(b)は区分けした後の図であり、亀裂幅Pが比較的大きい亀裂面CF1~CF3を実線、亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CF4を破線で示している。
(Step S2-4)
The boundary extracted in step S2-3 is compared with the crack site in step S2-1, and the surface that is the boundary and is located in the crack site is extracted as the crack plane CF, and the crack width P is Calculate (see (d) in FIG. 1). Here, the crack surface CF is a surface extending along the crack in the paper surface direction of FIG. It's about.
As shown in FIG. 2(a), when each crack plane CF is defined as crack planes CF1 to CF4, in this embodiment, the crack plane CF is divided into two sections according to the size of the crack width P. FIG. 2(b) is a diagram after division, in which crack faces CF1 to CF3 with a relatively large crack width P are indicated by a solid line, and crack face CF4 with a relatively small crack width P is indicated by a broken line.

このように、本実施形態では、亀裂幅Pの大小に応じて亀裂面CFを二つの区分に区分けするとともに、後述するように亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CFの面積に基づき体積破壊強度DI150 6-15を推定する。亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CFの面積に着目した理由は、以下の通りである。 Thus, in the present embodiment, the crack face CF is divided into two sections according to the size of the crack width P, and the volume fracture strength is determined based on the area of the crack face CF having a relatively small crack width P as described later. Estimate DI 150 6-15 . The reason why attention is focused on the area of the crack face CF where the crack width P is relatively small is as follows.

コークスに形成された亀裂のうち比較的亀裂幅が大きい亀裂はコークス粒径と関連性があり、比較的亀裂幅が小さい亀裂はコークスの破壊と関連性があることが知られている。したがって、コークスの体積破壊は、亀裂幅が小さい亀裂のみを考慮すればよいと推察される。本発明者等は、先行技術(Sakimoto et al. ISIJ International; 56(11), 1948-55 (2016))から亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂が体積破壊に影響すると推察した。ここで、閾値(Xmm)はX線CTの解像度にもよるが、後述の実施例が2.5mmであったことから、概ね数mm程度と推察される。なお、具体的には後述する一次式において要求される推定精度を満足する値に閾値(Xmm)は設定される。要求される推定精度は、特に限定されないが、後述する相関係数(R)で表すと、好ましくは0.85以上である。つまり、一次式による推定値と実測値との相関係数が0.85以上となるように、閾値(Xmm)を設定することが望ましい。 It is known that among cracks formed in coke, cracks with relatively large crack widths are related to coke grain size, and cracks with relatively small crack widths are related to coke fracture. Therefore, it is inferred that only cracks with a small crack width should be considered for coke volume fracture. The present inventors presumed from the prior art (Sakimoto et al. ISIJ International; 56(11), 1948-55 (2016)) that cracks with a crack width equal to or less than the threshold value (X mm) affect volumetric fracture. Here, the threshold value (X mm) depends on the resolution of the X-ray CT, but since it was 2.5 mm in the example described later, it is estimated to be approximately several mm. Specifically, the threshold value (Xmm) is set to a value that satisfies the estimation accuracy required in a linear expression to be described later. The required estimation accuracy is not particularly limited, but is preferably 0.85 or more when represented by a correlation coefficient (R 2 ), which will be described later. In other words, it is desirable to set the threshold value (Xmm) such that the correlation coefficient between the estimated value and the measured value by the linear expression is 0.85 or more.

なお、本実施形態において用いられる三次元医療用X線CTの分解能は上述した通り1mm前後であるが、より高分解能の三次元医療用X線CTが準備できる場合には、閾値(Xmm)以下の亀裂幅をさらに複数区分に区分けするとともに、各区分の亀裂幅の影響度を考慮した重み付け処理を行うことにより、体積破壊強度DI150 6-15を推定してもよい。 The resolution of the three-dimensional medical X-ray CT used in this embodiment is about 1 mm as described above, but if a higher-resolution three-dimensional medical X-ray CT can be prepared, the threshold value (X mm) or less The crack width of is further divided into a plurality of divisions, and a weighting process considering the influence of the crack width of each division may be performed to estimate the volume fracture strength DI 150 6-15 .

三次元的な亀裂幅の評価には、非特許文献(非特許文献Hildebrand and Ruegsegger. A new method for the model-independent assessment of thickness in three-dimensional images. Journal of Microscopy; 185(1), 67-75 (1997))に示した評価方法を用いることができる。具体的には、対象とする三次元の領域の中にその領域と外の領域との境界に接する最大の球を配置する手法を用いることができ、配置した球の直径から対象物の幅を測定することができる。二次元の場合には、三次元における球の代わりに円を配置することで二次元的な亀裂幅を評価することができるが、二次元の場合には断面の向きによっては同じ部位でも幅が変わる可能性があることから三次元での評価が望ましい。 Non-patent literature (Hildebrand and Ruegsegger. A new method for the model-independent assessment of thickness in three-dimensional images. Journal of Microscopy; 185(1), 67- 75 (1997)) can be used. Specifically, a method can be used in which the largest sphere that touches the boundary between the target three-dimensional region and the outer region is placed. can be measured. In the two-dimensional case, the two-dimensional crack width can be evaluated by arranging a circle instead of the three-dimensional sphere. A three-dimensional evaluation is preferable as it may change.

(ステップS2-5)
ステップS2-4で抽出した亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂面の面積を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積により規格化してS-Xmmを算出する。
(Step S2-5)
The area of the crack surface where the crack width is equal to or less than the threshold value (X mm) extracted in step S2-4 is normalized by the volume of the entire analysis region, which is the sum of the coke portion and the crack portion, to calculate S -X mm . .

(ステップS3)
性状が互いに異なる複数の石炭についてそれぞれ、上述のステップS1及びS2を実行して、それぞれのコークスについてS-Xmmを算出する。ここで、それぞれのコークスは、推定式を構築するという観点からは、体積破壊強度DI150 6-15の値がより分散している方が好適である。したがって、それぞれのコークス製造に用いられる配合炭の配合条件(石炭の銘柄、配合比、嵩密度、粉コークスの添加有無等)や加熱条件(昇温速度や到達温度、加熱時間)は、互いに異なることが望ましい。また、それぞれのコークスについてドラム試験を行うことによって、体積破壊強度DI150 6-15を予め求めておく。
上述の処理によって、S-Xmm及び実測値である体積破壊強度DI150 6-15からなる一組のデータが、性状が互いに異なる複数の石炭を用いて上述のステップS1及びS2を実行した回数分だけ得られ、これらのデータを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせることにより、以下の一次式(1)を推定式として構築する。

Figure 2022149760000002
(Step S3)
The above-described steps S1 and S2 are executed for each of a plurality of coals having different properties, and S 1 −Xmm is calculated for each coke. Here, from the viewpoint of constructing an estimation formula, it is preferable that the values of the volume breaking strength DI 150 6-15 of each coke are more dispersed. Therefore, the blending conditions (coal brand, blending ratio, bulk density, addition or non-addition of fine coke, etc.) and heating conditions (heating rate, ultimate temperature, heating time) used for each coke production are different from each other. is desirable. Also, the volume breaking strength DI 150 6-15 is obtained in advance by performing a drum test on each coke.
Through the above-described processing, a set of data consisting of S −X mm and the measured value of volumetric breaking strength DI 150 6-15 is obtained for the number of times the above steps S1 and S2 are performed using a plurality of coals with different properties. By fitting these data to a linear function based on the method of least squares, the following linear equation (1) is constructed as an estimation equation.
Figure 2022149760000002

(ステップS4)
新たにステップS1~S3を実施して測定したコークス(高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、試験コークス炉で乾留して得られたコークス)のS-Xmmを一次式(1)に代入することによって、体積破壊強度DI150 6-15を推定する。
(Step S4)
S -Xmm of coke (coke obtained by dry distillation in a test coke oven using coal for coke production scheduled to be used in a blast furnace) measured by newly performing steps S1 to S3 is expressed by a primary expression ( Estimate the volume breaking strength DI 150 6-15 by substituting in 1).

本実施形態の方法によれば、コークスケーキの亀裂に関する情報を取得して、亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂面の面積を算出するだけで、体積破壊強度DI150 6-15を推定することができる。石炭の配合条件、粉コークスの有無などの条件が変更された場合でも、推定式(1)を再構築する必要がないため、迅速かつ簡便な手法によって体積破壊強度DI150 6-15を推定することができる。さらに、推定式(1)を構築した後は、体積破壊強度DI150 6-15を求めるためのドラム試験が不要となるため、ドラム試験における労力、時間を削減することができる。 According to the method of the present embodiment, the volume fracture strength DI 150 6-15 is estimated simply by obtaining information about cracks in the coke cake and calculating the area of the crack surface where the crack width is equal to or less than the threshold value (X mm). be able to. Even if conditions such as coal blending conditions and the presence or absence of coke fine are changed, there is no need to reconstruct the estimation formula (1). be able to. Furthermore, after constructing the estimation formula (1), the drum test for obtaining the volume breaking strength DI 150 6-15 is no longer necessary, so the labor and time required for the drum test can be reduced.

次に、実施例を示して、本発明について具体的に説明する。表1に示す性状の配合炭を試験コークス炉で乾留して、コークスC1~C25を製造した。表1において、ΣTD(%)は配合炭に含まれる各単味炭の全膨張率TDの加重平均値であり、ΣVM(質量%)は配合炭に含まれる各単味炭の揮発分の加重平均値である。試験コークス炉の乾留容器のサイズは、炉幅(W):400mm、炉長(L):600mm、炉高(H):420mmとした。石炭の装入嵩密度(BD)は、ドライベースで850(kg/m)、若しくは900(kg/m)とした。試験コークス炉の最終到達温度を950℃、1050℃、1150℃のいずれかに設定し、乾留時間はいずれも18.5(hour)に設定した。なお、コークスC16及びC18の粉コークスの平均粒径を下一桁、それ以外の粉コークスの平均粒径を下二桁で表記した理由は、平均粒径を求める際に使用した篩目の精度が異なるからである。粉コークスの添加率(質量%)は、外数で表記した。

Figure 2022149760000003
EXAMPLES Next, the present invention will be described in detail with reference to examples. Coal blends having properties shown in Table 1 were carbonized in a test coke oven to produce cokes C1 to C25. In Table 1, ΣTD (%) is the weighted average value of the total expansion rate TD of each single coal contained in the blended coal, and ΣVM (mass%) is the weighted volatile content of each single coal contained in the blended coal. Average value. The size of the carbonization vessel of the test coke oven was oven width (W): 400 mm, oven length (L): 600 mm, and oven height (H): 420 mm. The charged bulk density (BD) of coal was 850 (kg/m 3 ) or 900 (kg/m 3 ) on a dry basis. The ultimate temperature of the test coke oven was set to 950°C, 1050°C, or 1150°C, and the carbonization time was set to 18.5 (hours). The reason why the average particle size of coke breeze C16 and C18 is indicated by the last one digit and the average particle size of other coke breeze is indicated by the last two digits is because the accuracy of the sieve mesh used when obtaining the average particle size is different. The addition rate (% by mass) of coke breeze was expressed as an external number.
Figure 2022149760000003

上述したステップS1に対応した処理として、乾留後にそれぞれのコークスを乾留容器に入れた状態で三次元医療用X線CTを使用して三次元画像を取得した。なお、撮像後にドラム試験を行い、体積破壊強度DI150 6-15を測定した。 As a process corresponding to step S1 described above, a three-dimensional image was acquired using a three-dimensional medical X-ray CT while each coke was placed in a dry distillation container after the dry distillation. After imaging, a drum test was performed to measure the volume breaking strength DI 150 6-15 .

X線CTによる撮像条件は、管電圧を120kV、管電流を350mA、スライスピッチを0.5mmとした。画像のサイズは、512×512pixelとした。画像の解像度は1.132mm/pixelとした。分離処理(ステップS2に相当する)には、Avizoで提供されているsegmentationモジュールを使用した。 Imaging conditions for X-ray CT were a tube voltage of 120 kV, a tube current of 350 mA, and a slice pitch of 0.5 mm. The image size was 512×512 pixels. The image resolution was 1.132 mm/pixel. A segmentation module provided by Avizo was used for the separation processing (corresponding to step S2).

すなわち、ステップS2-1に対応する処理として、コークスの部分と亀裂(空間)とを2値化処理により分離した。ステップS2-2に対応する処理として、Watershedアルゴリズムを用いて、コークスの部分を更に塊毎に分離した。この際、分離処理の強弱を決定するパラメータ(marker extent)を強く分離される1に設定して、亀裂幅が0.1mm超の亀裂を有するコークス塊を分離した。ステップS2-3に対応する処理として、分離したコークス塊毎に膨張処理を施し、亀裂を埋める画像処理を施した。ステップS2-4に対応する処理として、ステップS2-3で抽出した境界の部位と、ステップS2-1における亀裂の部位とを比較し、当該境界の部位であってかつ当該亀裂の部位に位置する面を亀裂面を抽出するとともに、亀裂幅を算出した。 That is, as a process corresponding to step S2-1, the coke portion and the crack (space) were separated by binarization. As a process corresponding to step S2-2, the coke portion was further separated into chunks using the Watershed algorithm. At this time, the parameter (marker extent) that determines the strength of the separation process was set to 1, which is strongly separated, to separate coke lumps having cracks with a width of more than 0.1 mm. As a process corresponding to step S2-3, an expansion process was performed for each separated coke mass and an image process for filling cracks was performed. As a process corresponding to step S2-4, the boundary part extracted in step S2-3 is compared with the crack part in step S2-1, and the boundary part and the crack part are located. The crack surface was extracted and the crack width was calculated.

ステップS2-5に対応する処理として、亀裂幅が2.5mmを閾値として、亀裂幅が2.5mm以下の亀裂について、亀裂面の面積を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積(ただし、コークスと乾留容器との間の空隙の領域は、規格化する体積から除外した)により規格化してS-2.5mmを算出した。
なお、三次元医療用X線CTの分解能が変化した場合や求められる相関係数の値によって、亀裂幅の閾値は変わり得る。したがって、本発明の亀裂幅の閾値は2.5mmに限るものではない。
As a process corresponding to step S2-5, the crack width is 2.5 mm as a threshold, and for cracks with a crack width of 2.5 mm or less, the area of the crack surface is calculated by adding the coke part and the crack part. S −2.5 mm was calculated by normalizing by the volume of the analysis region (however, the void region between the coke and the carbonization vessel was excluded from the volume to be normalized).
Note that the threshold value of the crack width may change when the resolution of the three-dimensional medical X-ray CT changes or depending on the value of the correlation coefficient to be obtained. Therefore, the crack width threshold of the present invention is not limited to 2.5 mm.

上述の処理は、それぞれのコークスについて実施した(ステップS3に相当する)。本実施例では、比較のため亀裂面の面積(亀裂幅を問わない)を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積(ただし、コークスと乾留容器との間の空隙の領域は、規格化する体積から除外した)により規格化したSallも算出した。 The above process was performed for each coke (corresponding to step S3). In this example, for comparison, the area of the crack surface (regardless of the crack width) is the volume of the entire analysis area that is the sum of the coke part and the crack part (however, the space between the coke and the carbonization vessel The void area was excluded from the volume to be normalized), and the normalized S all was also calculated.

ドラム試験の試験結果である体積破壊強度DI150 6-15と上述の手法により算出したS-2.5mmとを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせ、以下の式(2)を推定式として算出した(実施例に相当する)。また、ドラム試験の試験結果である体積破壊強度DI150 6-15と上述の手法により算出したSallとを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせ、以下の式(3)を推定式として算出した(比較例に相当する)。

Figure 2022149760000004
Figure 2022149760000005
The volume breaking strength DI 150 6-15 , which is the test result of the drum test, and S -2.5 mm calculated by the above method are fitted to a linear function based on the least squares method, and the following equation (2) is used as an estimation equation. calculated (corresponding to Example). In addition, the volume breaking strength DI 150 6-15 , which is the test result of the drum test, and S all calculated by the above method are fitted to a linear function based on the least squares method, and the following formula (3) is calculated as an estimation formula. (corresponding to Comparative Example).
Figure 2022149760000004
Figure 2022149760000005

図3は、式(2)に基づく推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフであり、横軸が推定値、縦軸がドラム試験の試験結果(実測値)である。図4は、式(3)に基づく推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフであり、横軸が推定値、縦軸がドラム試験の試験結果(実測値)である。 FIG. 3 is a graph showing the degree of correlation between the estimated result based on Equation (2) and the test result of the drum test, where the horizontal axis is the estimated value and the vertical axis is the test result (actual value) of the drum test. FIG. 4 is a graph showing the degree of correlation between the estimated result based on Equation (3) and the test result of the drum test, where the horizontal axis is the estimated value and the vertical axis is the test result (actual value) of the drum test.

図3及び図4を比較参照して、本実施例の推定方法は相関係数Rが0.860であり、比較例の推定方法は相関係数が0.246であった。したがって、試験コークス炉で乾留されたコークスケーキについて、亀裂幅が2.5mm以下の亀裂面の面積を求めておくとともに、求めた亀裂面の面積を式(2)に代入することによって、体積破壊強度DI150 6-15を精度よく推定できることがわかった。なお、相関係数Rが0.850未満となった場合であって、相関係数Rとして0.850以上の推定精度が要求される場合は、推定精度を満足する様に、亀裂幅の閾値を変更して設定すれば良い。 3 and 4, the estimation method of the present example had a correlation coefficient R2 of 0.860, and the estimation method of the comparative example had a correlation coefficient of 0.246. Therefore, for the coke cake carbonized in the test coke oven, the area of the crack surface with a crack width of 2.5 mm or less is obtained, and by substituting the obtained crack surface area into Equation (2), the volume fracture It was found that the intensity DI 150 6-15 can be estimated with good accuracy. In addition, when the correlation coefficient R 2 is less than 0.850 and an estimation accuracy of 0.850 or more is required as the correlation coefficient R 2 , the crack width should be set by changing the threshold of .

また、試験コークス炉で得られたコークスケーキについて、従来のドラム試験では1水準あたり約1.5時間必要であったが、本実施例では1水準あたり約10分に短縮することができた。 Also, for the coke cake obtained in the test coke oven, the conventional drum test required about 1.5 hours per level, but in this example, it was possible to shorten it to about 10 minutes per level.

Claims (2)

試験コークス炉で石炭を乾留して得られたコークスに対して、X線CTによる撮像処理を行うことにより、コークスの亀裂形状に関する情報を取得する第1ステップと、
前記の取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出する第2ステップと、
性状が互いに異なる複数の石炭について、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行することにより、それぞれのコークスの亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出した後、算出した各亀裂面の面積とそれぞれのコークスについて実測した体積破壊強度とに基づき体積破壊強度を推定する推定式を構築する第3ステップと、
高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、前記第1ステップ及び前記第2ステップを行うことにより得られたコークスの亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた推定式から体積破壊強度を推定する第4ステップと、
を有することを特徴とするコークスの体積破壊強度の推定方法。
A first step of obtaining information on the crack shape of coke by performing imaging processing by X-ray CT on coke obtained by carbonizing coal in a test coke oven;
A second step of calculating the area of the crack surface whose crack width is equal to or less than the threshold value by image analysis of the acquired information about the crack shape;
By performing the first step and the second step for a plurality of coals having different properties, the crack width of each coke is less than the threshold value. After calculating the area of the crack surface, the calculated area of each crack surface and a third step of constructing an estimation formula for estimating the volumetric fracture strength based on the volumetric fracture strength actually measured for each coke;
The area of the crack surface of the coke obtained by performing the first step and the second step using coal for coke production scheduled to be used in the blast furnace, and the estimation formula obtained in the third step a fourth step of estimating the volumetric breaking strength from
A method for estimating the volume fracture strength of coke, characterized by having
体積破壊強度の実測値と前記第3ステップで構築する推定式による推定値との相関係数が0.85以上を満足するように前記閾値を設定することを特徴とする請求項1に記載のコークスの体積破壊強度の推定方法。




2. The threshold value according to claim 1, wherein the threshold value is set so that the correlation coefficient between the measured value of the volumetric breaking strength and the estimated value by the estimation formula constructed in the third step satisfies 0.85 or more. A method for estimating the volumetric breaking strength of coke.




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