JP4691212B2 - 石炭の膨張率の測定方法、石炭の比容積の推定方法、空隙充填度の測定方法及び石炭配合方法 - Google Patents
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Description
本願は、2009年3月10日に、日本に出願された特願2009−056920号と2009年7月24日に、日本に出願された特願2009−173075号と2009年10月16日に、日本に出願された特願2009−239098とに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
V=ΔV/w・・・(1)
V=0.96π(1+b/100)/w・・・(2)
なお、wは、ディラトメーター(細管)への石炭装入量(g)である。また、最大膨張時の石炭体積ΔV及び石炭の膨張率bは、ディラトメーターにより測定される。
上記(2)式から、同じ膨張率bを有する石炭は、互いに石炭軟化時の比容積Vが同じになることがわかる。さらに、特許文献1に示すように、石炭軟化時の比容積Vにコークス炉装入時の石炭の嵩密度をかけることにより石炭軟化時の空隙充填度を求めることができる。また、この空隙充填度とコークス強度(例えば、表面破壊強度)とは、ある相関関係を有している。したがって、同じ石炭軟化時の比容積V(cm3/g)の石炭は、同じ空隙充填度(−)を有するため、同じコークス強度を有する。
(2)また、本発明の石炭の膨張率の測定方法では、細管に石炭を入れ;この細管にピストンを挿入し;前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し;前記ピストンの変位量を測定し;この変位量から前記石炭の膨張率を求める。前記昇温速度以外の条件は、ISO 8264の膨張性試験方法にしたがう。
(4)JIS M 8801の石炭の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を推定する本発明の石炭軟化時の比容積推定方法では、細管に石炭を入れ、この細管にピストンを挿入し、前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し、前記ピストンの変位量を測定し、この変位量から前記石炭の膨張率を求める石炭の膨張率の測定方法によって測定される石炭の膨張率から求めた前記極低全膨張率炭の軟化時の標準比容積と、前記極低全膨張率炭の標準酸素濃度との関係を予め求め;この関係に基づいて測定された前記極低全膨張率炭の酸素濃度から前記極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を推定する。
(7)本発明の空隙充填度の測定方法では、上記(1)または(2)に記載の石炭の膨張率の測定方法を用いて前記石炭の膨張率を測定し;この膨張率から前記石炭の軟化時の比容積を求め;この比容積に前記石炭のコークス炉装入時の嵩密度をかけて、前記石炭の軟化時の空隙充填度を求める。
(15)本発明の石炭配合方法では、複数の石炭を準備し;前記各石炭のうち、少なくとも一つの石炭に対し上記(1)または(2)に記載の石炭の膨張率の測定方法を適用して、前記各石炭の軟化時の比容積を求め;前記各石炭の配合率を重みとして、前記各石炭の軟化時の前記比容積を加重平均することにより配合炭の平均比容積を求め;前記平均比容積に、コークス炉装入時の前記配合炭の嵩密度をかけて、前記配合炭の軟化時の空隙充填度を求め;予め求めた前記配合炭の軟化時の標準空隙充填度と前記配合炭から製造されたコークスの標準コークス強度との関係に基づいて、前記配合炭の軟化時の前記空隙充填度から前記配合炭を用いたコークスのコークス強度を推定し;前記配合炭を用いた前記コークスの前記コークス強度が所定の値以上になるように前記各石炭を配合する。
具体的には、極低全膨張率炭について、上述した石炭の酸素濃度が高くなるほど、上述した石炭軟化時の比容積が低くなることがわかった。
石炭中の酸素濃度が多いと、石炭軟化時の熱分解により生じるラジカルが酸素により失活し安定化しやすい。そのため、石炭中の酸素濃度の増加とともに粘結性(軟化溶融性)が低下すると考えられる。したがって、次の方法により、実際の配合炭に使用する極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を簡単に推定することができる。まず、コークス製造用の主要な原料炭について、上記方法で石炭軟化時の比容積と石炭の酸素濃度とを測定し、予め石炭軟化時の比容積(標準比容積)と石炭の酸素濃度(標準酸素濃度)との関係を示すデータベースを作成する。このデータベースと極低全膨張率炭の酸素濃度とを照らし合わせる。
この方法により、測定に時間を要する極低全膨張率炭の膨張性試験を省略し、石炭の酸素濃度を用いて極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を推定することができる。この石炭の酸素濃度は、化学分析データとして、一般にコークス原料の原料炭の品質管理のために炭素等の元素とともに分析されている。この石炭の酸素濃度の分析方法は、JIS M 8813で規定された測定方法に限定されない。例えば、ISO 333またはISO 1994に規定された測定方法であってもよい。
なお、極低全膨張率炭の酸素濃度は、例えば、後述する図6及び7に示すように、9mass%以上である。すなわち、全膨張率が0%の石炭(極低全膨張率炭)の酸素濃度の下限値は、9mass%に規定することができる。
つまり、石炭軟化時の比容積V(cm3/g)及びコークス炉装入時の石炭の嵩密度Sd(g/cm3)を求めることにより、石炭軟化時の空隙充填度Zが算出され、コークス強度を推定することができる。
上述したように、コークス強度を推定するために、使用する石炭の軟化時の比容積を上記方法により測定し、乾留する際のコークス炉装入時の石炭(配合炭)の嵩密度を石炭水分や粒度などから予測する。さらに、石炭(配合炭)の軟化時の比容積及びコークス炉装入時の石炭(配合炭)の嵩密度の値から石炭軟化時の空隙充填度を算出する。この空隙充填度の値から、予め求めておいた石炭軟化時の空隙充填度(標準空隙充填度)とコークス強度(標準コークス強度)との関係を用いて、コークス強度を推定する。
石炭A〜Gのそれぞれについて、JIS M 8801のディラトメーター法により膨張性試験を行った。ただし、石炭の軟化溶融温度である300℃以上500℃以下での昇温速度を、JISよりも速い12℃/minに設定した。これらの石炭A〜Gを2.8mm以下(篩下2.8mm)の粒度に整粒した。表4に示すように、石炭A、石炭B、石炭C、石炭D、石炭E、石炭F及び石炭Gの比容積は、それぞれ、5.07cm3/g、2.10cm3/g、1.75cm3/g、1.65cm3/g、1.43cm3/g、1.29cm3/g及び1.27cm3/gであった。
V=−0.25×O%+4.25・・・(4)
極低全膨張率炭の酸素濃度O%を測定し、この酸素濃度O%を(4)式に代入することにより、簡単に石炭軟化時の比容積Vを推定することができる。なお、石炭の酸素濃度O%と石炭軟化時の比容積Vとの関係を示す式としては、容易に比容積を推定できるため、(4)式のような一次式を用いることが好ましい。しかしながら、石炭の酸素濃度O%と石炭軟化時の比容積Vとの関係式として任意の推定式も用いることができる。
石炭C〜Gのそれぞれについて、JIS M 8801のディラトメーター法により膨張性試験を行った。ただし、石炭の軟化溶融温度である300℃以上500℃以下での昇温速度を、JISよりも速い6℃/minに設定した。これらの石炭C〜Gを2.8mm以下(篩下2.8mm)の粒度に整粒した。表7に示すように、石炭C、石炭D、石炭E、石炭F及び石炭Gの比容積は、それぞれ、1.43cm3/g、1.34cm3/g、1.26cm3/g、1.25cm3/g及び1.24cm3/gであった。
V=−0.09×O%+2.23・・・(5)
図6及び図7に示されるように、従来のJIS M 8801の膨張性試験において測定された全膨張率が0%の石炭(極低全膨張率炭)であっても、膨張性試験における昇温速度を6.0℃/min以上に上げることにより、石炭軟化時の比容積を区別することができ、さらに、石炭軟化時の比容積と石炭の酸素濃度との関係を一次式で近似できることがわかった。
さらに、表4に示す石炭A及びBの比容積及び石炭C〜Gの酸素濃度を用いて、配合炭X11〜X20から作製したコークスの強度DI(推定DI)を推定した。配合炭X11〜X20の比容積は、後述するような加重平均法により求めた。また、(3)式を用いて、空隙充填度を算出し、破壊強度試験によりコークス強度(実測DI)を測定した。表10(実施例5)に、配合炭X11〜X15を用いた配合炭の比容積(加重平均比容積)とコークス強度DI(推定値及び実測値)とを示す。同様に、表11(実施例6)に、配合炭X16〜X20を用いた配合炭の比容積(加重平均比容積)とコークス強度DI(推定値及び実測値)とを示す。
(5.07×0.3)+(2.10×0.3)+(1.75×0.4)=2.85・・・(6)
上述の実施形態では、全膨張率0%の石炭と、全膨張率0%の石炭を含む配合炭と、この配合炭を用いたコークスとについて説明した。しかしながら、本発明の石炭の膨張率の測定方法、空隙充填度の測定方法及び石炭配合方法は、これらの実施形態に限られない。すなわち、本発明は、全膨張率が0%よりも高い石炭、全膨張率が0%よりも高い石炭のみからなる配合炭及びこの配合炭を用いたコークスについても適用することができる。
また、上記ディラトメーターにより測定された膨張率b(%)及び推定された比容積Vは、コークス強度の推定だけでなく、例えば、膨張圧のような他の物理量の推定に用いることもできる。
Claims (19)
- 細管に石炭を入れ;
この細管にピストンを挿入し;
前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し;
前記ピストンの変位量を測定し;
この変位量から前記石炭の膨張率を求め;
前記昇温速度以外の条件は、JIS M 8801の膨張性試験方法にしたがう;
ことを特徴とする石炭の膨張率の測定方法。 - 細管に石炭を入れ;
この細管にピストンを挿入し;
前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し;
前記ピストンの変位量を測定し;
この変位量から前記石炭の膨張率を求め;
前記昇温速度以外の条件は、ISO 8264の膨張性試験方法にしたがう;
ことを特徴とする石炭の膨張率の測定方法。 - 細管に石炭を入れ;
この細管にピストンを挿入し;
前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し;
前記ピストンの変位量を測定し;
この変位量から前記石炭の膨張率を求め;
前記石炭は、JIS M 8801の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭であることを特徴とする石炭の膨張率の測定方法。 - JIS M 8801の石炭の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を推定する石炭軟化時の比容積推定方法であって、
細管に石炭を入れ;
この細管にピストンを挿入し;
前記石炭の軟化時の昇温速度が、6℃/min以上になるように、前記石炭を加熱し;
前記ピストンの変位量を測定し;この変位量から前記石炭の膨張率を求める;ことによって測定される前記極低全膨張率炭の膨張率から求めた前記極低全膨張率炭の軟化時の標準比容積と、前記極低全膨張率炭の標準酸素濃度との関係を予め求め;
この関係に基づいて測定された前記極低全膨張率炭の酸素濃度から前記極低全膨張率炭の石炭軟化時の比容積を推定する;
ことを特徴とする石炭軟化時の比容積推定方法。 - 前記極低全膨張率炭の前記酸素濃度が9mass%以上であることを特徴とする請求項4に記載の石炭軟化時の比容積推定方法。
- 前記極低全膨張率炭の前記酸素濃度が12mass%以下であることを特徴とする請求項4に記載の石炭軟化時の比容積推定方法。
- 請求項1または請求項2に記載の石炭の膨張率の測定方法を用いて前記石炭の膨張率を測定し;
この膨張率から前記石炭の軟化時の比容積を求め;
この比容積に前記石炭のコークス炉装入時の嵩密度をかけて、前記石炭の軟化時の空隙充填度を求める;
ことを特徴とする空隙充填度の測定方法。 - 前記石炭は、JIS M 8801の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭であることを特徴とする請求項7に記載の空隙充填度の測定方法。
- 複数の石炭を準備し;
前記各石炭のうち、少なくとも一つの石炭に対し請求項1または請求項2に記載の石炭の膨張率の測定方法を適用して、前記各石炭の軟化時の比容積を求め;
前記各石炭の配合率を重みとして、前記各石炭の軟化時の前記比容積を加重平均することにより配合炭の平均比容積を求め;
前記平均比容積に、コークス炉装入時の前記配合炭の嵩密度をかけて、前記配合炭の軟化時の空隙充填度を求める;
ことを特徴とする空隙充填度の測定方法。 - 前記配合炭は、JIS M 8801の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭を含むことを特徴とする請求項9に記載の空隙充填度の測定方法。
- 請求項4に記載の石炭の比容積推定方法を用いて、JIS M 8801の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭の軟化時の比容積を求め;
この比容積に前記極低全膨張率炭のコークス炉装入時の嵩密度をかけて、前記極低全膨張率炭の軟化時の空隙充填度を求める;
ことを特徴とする空隙充填度の測定方法。 - JIS M 8801の石炭の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭を含む複数の石炭を準備し;
前記各石炭のうち、前記極低全膨張率炭に対し請求項4に記載の石炭の比容積推定方法を適用して、前記各石炭の軟化時の比容積を求め;
前記各石炭の配合率を重みとして、前記各石炭の軟化時の前記比容積を加重平均することにより配合炭の平均比容積を求め;
前記平均比容積に、コークス炉装入時の前記配合炭の嵩密度をかけて、前記配合炭の軟化時の空隙充填度を求める;
ことを特徴とする空隙充填度の測定方法。 - 前記極低全膨張率炭の酸素濃度が9mass%以上であることを特徴とする請求項11または12に記載の空隙充填度の測定方法。
- 前記極低全膨張率炭の酸素濃度が12mass%以下であることを特徴とする請求項11または12に記載の空隙充填度の測定方法。
- 複数の石炭を準備し;
前記各石炭のうち、少なくとも一つの石炭に対し請求項1または請求項2に記載の石炭の膨張率の測定方法を適用して、前記各石炭の軟化時の比容積を求め;
前記各石炭の配合率を重みとして、前記各石炭の軟化時の前記比容積を加重平均することにより配合炭の平均比容積を求め;
前記平均比容積に、コークス炉装入時の前記配合炭の嵩密度をかけて、前記配合炭の軟化時の空隙充填度を求め;
予め求めた前記配合炭の軟化時の標準空隙充填度と前記配合炭から製造されたコークスの標準コークス強度との関係に基づいて、前記配合炭の軟化時の前記空隙充填度から前記配合炭を用いたコークスのコークス強度を推定し;
前記配合炭を用いた前記コークスの前記コークス強度が所定の値以上になるように前記各石炭を配合する;
ことを特徴とする石炭配合方法。 - 前記配合炭は、JIS M 8801の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭を含むことを特徴とする請求項15に記載の石炭配合方法。
- JIS M 8801の石炭の膨張性試験方法により測定される全膨張率が0%の極低全膨張率炭を含む複数の石炭を準備し;
前記各石炭のうち、前記極低全膨張率炭に対し請求項4に記載の石炭の比容積推定方法を適用して、前記各石炭の軟化時の比容積を求め;
前記各石炭の配合率を重みとして、前記各石炭の軟化時の前記比容積を加重平均することにより配合炭の平均比容積を求め;
前記平均比容積に、コークス炉装入時の前記配合炭の嵩密度をかけて、前記配合炭の軟化時の空隙充填度を求め;
予め求めた前記配合炭の軟化時の標準空隙充填度と前記配合炭から製造されたコークスの標準コークス強度との関係に基づいて、前記配合炭の軟化時の前記空隙充填度から前記配合炭を用いたコークスのコークス強度を推定し;
前記配合炭を用いた前記コークスの前記コークス強度が所定の値以上になるように前記各石炭を配合する;
ことを特徴とする石炭配合方法。 - 前記極低全膨張率炭の酸素濃度が9mass%以上であることを特徴とする請求項17に記載の石炭配合方法。
- 前記極低全膨張率炭の酸素濃度が12mass%以下であることを特徴とする請求項17に記載の石炭配合方法。
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