JP6657867B2 - Estimation method of coke shrinkage - Google Patents

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この発明は、石炭を所定の条件で乾留する際のコークス収縮率を推定する方法に関するものであり、詳しくは、例えば、石炭を乾留して得られるコークスの粒径を予測したり、コークスの強度を予測する場合等で用いられるコークス収縮率を推定する方法に関する。   The present invention relates to a method for estimating a coke shrinkage ratio when carbonizing coal under predetermined conditions, and more specifically, for example, predicting a particle size of coke obtained by carbonizing coal, or a method of measuring the strength of coke. The present invention relates to a method for estimating a coke shrinkage rate used in the case of estimating a coke shrinkage.

高炉操業の更なる効率化を図るために、石炭を乾留して得られるコークスの強度や粒径が安定していること、すなわち目標の強度や粒径を有するコークスが製造できるようにすることが求められている。また、コークスの製造コストを削減するために、非微粘結炭等の安価低品位炭をできるだけ多く使用する必要が生じているが、原料炭におけるこれらの石炭の割合が増すことにより、コークス粒径の低下や体積破壊粉率が増加してしまうことから、得られるコークスの粒径や強度を事前に予測することがより重要になっている。   In order to further improve the efficiency of the blast furnace operation, the strength and particle size of the coke obtained by carbonizing coal should be stable, that is, it should be possible to produce coke with the target strength and particle size. It has been demanded. In addition, in order to reduce the cost of producing coke, it is necessary to use as much low-priced low-grade coal as possible, such as non-slightly caking coal. It is more important to predict the particle size and strength of the obtained coke in advance because of the decrease in the diameter and the increase in the volume fracture powder ratio.

このうち、コークスの強度を推定するにあたり、コークス強度の指標のひとつであるドラム強度指数DI150 15は、次のように表記できることが知られている(例えば特許文献1参照)。
DI150 15=DI150 6 − DI150 6-15
すなわち、この特許文献1では、高石炭化度炭と低石炭化度炭とを配合した配合炭からコークスを得る際に、そのドラム強度指数DI150 15を表面破壊強度DI150 6と体積破壊粉率DI150 6-15とに分けて推定する方法を開示しており、体積破壊粉率の推定には、配合する高石炭化度炭のビトリニット平均反射率Roと低石炭化度炭の配合割合を用いている。ここで、ドラム強度指数DI150 15は、JISK2151に規定される衝撃後の15mm以上の塊割合を示すものである。
Among them, when estimating the strength of the coke drum strength index DI 0.99 15 which is one of indicators of coke strength is that (for example, see Patent Document 1) is known to be expressed as follows.
DI 150 15 = DI 150 6 -DI 150 6-15
That is, in Patent Document 1, Takaishi carbonization degree coal and from coal blend obtained by blending a low coalification degree coal in obtaining coke, the drum strength index DI 0.99 15 The surface fracture strength DI 0.99 6 and volume breakdown powder discloses a method of estimating divided into the rate DI 0.99 6-15, the estimation of the volume fracture powder rate, mixing ratio of vitrinite average reflectance Ro and low coalification degree coal of a high coalification degree coal blending Is used. Here, the drum strength index DI 150 15 indicates a lump ratio of 15 mm or more after an impact specified in JIS K2151.

また、配合炭の固化温度から体積破壊粉率DI150 6-15を推定し、配合炭を構成する各石炭の膨張率又は比容積を配合割合で加重平均した値から表面破壊強度DI150 6を推定して、これらに基づきコークスの強度を推定する方法(特許文献2参照)等も知られている。 In addition, the volume fracture powder ratio DI 150 6-15 was estimated from the solidification temperature of the coal blend, and the surface fracture strength DI 150 6 was calculated from the weighted average of the expansion coefficient or specific volume of each coal constituting the coal blend at the blend ratio. A method of estimating and estimating the strength of coke based on these (see Patent Document 2) is also known.

一方、コークスの粒径に関しては、例えば、下記の式に基づき推定できることが知られている(特許文献3参照)。
配合炭のコークス粒径=a+b×配合炭のコークス収縮率
特許文献3では、この式について、種々の配合における配合炭を用いてコークスを製造してそのコークス粒径を測定し、また、配合炭に含まれる石炭毎にコークス収縮率を測定して、それぞれの配合炭におけるコークス収縮率を各石炭の配合割合に応じて加重平均して算出しており、こうして得られた各配合炭のコークス粒径実測値とコークス収縮率計算値に基づき、回帰分析等の手法により係数a、bを定めるとする。
On the other hand, it is known that the particle size of coke can be estimated based on, for example, the following equation (see Patent Document 3).
Coke particle size of blended coal = a + b x coke shrinkage ratio of blended coal In Patent Document 3, for this formula, coke is produced using blended coal in various blends, and the coke particle size is measured. The coke shrinkage is measured for each coal contained in the coal, and the coke shrinkage in each blended coal is calculated by weighted average according to the blending ratio of each coal, and the coke granules of each blended coal thus obtained are calculated. It is assumed that coefficients a and b are determined by a technique such as regression analysis based on the measured diameter and the calculated coke shrinkage.

ここで、コークスの粒径や体積破壊粉率は、コークス塊内のcmオーダーのマクロ亀裂に起因して決定される。一般に、石炭を乾留すると、有機高分子構造の熱分解や熱重合反応が起こり、それに伴って様々な物理現象が発現する。すなわち、400℃前後から石炭が軟化溶融して、粒子が接着して多孔質の塊が形成され、500℃前後で再固化し、それ以降は収縮してより緻密な構造を有するコークスになる。このとき、炭化室室幅方向に温度分布があるため、収縮の歪により熱応力を生じ,マクロ亀裂が形成されると考えられることから、コークスの強度や粒径を精度良く推定する上で、石炭の再固化後の収縮過程におけるコークス収縮率を把握することが必要になる。   Here, the particle size of the coke and the volume fracture powder ratio are determined due to the macro-cracks on the order of cm in the coke mass. Generally, when coal is carbonized, thermal decomposition or thermal polymerization reaction of an organic polymer structure occurs, and various physical phenomena develop accordingly. That is, the coal softens and melts at about 400 ° C., the particles adhere to each other to form a porous lump, resolidifies at about 500 ° C., and thereafter contracts to become a coke having a more dense structure. At this time, since there is a temperature distribution in the width direction of the carbonization chamber, it is considered that thermal stress is generated due to shrinkage strain and macro cracks are formed. Therefore, in estimating the strength and particle size of coke with high accuracy, It is necessary to understand the coke shrinkage rate in the shrinkage process after resolidification of coal.

このコークス収縮率について、先の特許文献3ではその測定方法を開示している。すなわち、特許文献3においては、石炭の再固化温度以上の温度T(℃)まで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さの差を再固化温度における容積又は長さで除した値を、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率と定義している。具体的には、複数の通気孔が設けられた内部細管と外部細管との二重構造を有した試料管の内部細管に石炭を装入し、その上にピストンを載せて所定の昇温速度で加熱して、加熱温度に対するピストンの上下変位を計測し、再固化温度でのピストン高さと温度Tでのピストン高さに基づき、コークス収縮率を求めている。   Patent Document 3 discloses a method of measuring the coke shrinkage. That is, in Patent Document 3, the coal is heated to a temperature T (° C.) which is equal to or higher than the resolidification temperature of the coal, and the difference in volume or length of the contents between the resolidification temperature and the temperature T is determined as the volume or length at the resolidification temperature. The value obtained by dividing by the value is defined as the coke shrinkage at the temperature T of the coke produced from the coal. Specifically, coal is charged into the inner thin tube of a sample tube having a dual structure of an inner thin tube provided with a plurality of vents and an outer thin tube, and a piston is placed on the inner thin tube to achieve a predetermined heating rate. And the vertical displacement of the piston with respect to the heating temperature is measured, and the coke shrinkage is determined based on the piston height at the re-solidification temperature and the piston height at the temperature T.

このような方法によれば、体積破壊やコークス粒径を支配する亀裂の発生原因であるコークス収縮率を直接測定することができる。ところが、この方法では、石炭の種類によっては溶融した石炭やタールによりピストンが固着してしまうことがあり、測定できない場合がある。また、装置自体が特殊であるため、コークス収縮率を随時測定することができないといった問題もある。   According to such a method, it is possible to directly measure the coke shrinkage, which is a cause of volume destruction and the occurrence of cracks governing the coke particle size. However, in this method, depending on the type of coal, the piston may be fixed by molten coal or tar, and measurement may not be performed. Further, since the apparatus itself is special, there is a problem that the coke shrinkage cannot be measured at any time.

一方で、石炭の性状とコークス収縮率との関係に着目した報告がある(非特許文献1参照)。この非特許文献1では、上記特許文献3に記載の方法によりコークス収縮率を求めて、コークス収縮率とコークスの粒径とが相関性を有することを確認している。また、このコークス収縮率と石炭の揮発分(VM)や石炭化度との関係を調べているが、いずれも有意な結果は認められず、石炭の揮発分や石炭化度だけではコークス収縮率は決まらないとしている。参考までに、非特許文献1に記載されたコークス収縮率とコークスの粒径との関係を図8に示す(非特許文献1のFig.9を掲載)。   On the other hand, there is a report focusing on the relationship between the properties of coal and the coke shrinkage (see Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, the coke shrinkage is determined by the method described in Patent Document 3, and it is confirmed that the coke shrinkage and the coke particle size have a correlation. In addition, the relationship between the coke shrinkage rate and the volatile matter (VM) of coal and the degree of coalification have been investigated, but no significant results were found. Is not decided. For reference, FIG. 8 shows the relationship between coke shrinkage and coke particle size described in Non-Patent Document 1 (see FIG. 9 of Non-Patent Document 1).

ところで、コークスの収縮に関しては、着目する物理量が異なり定義されているものがいくつか存在し、例えば、特開2013−216813号公報(特許文献4)では、乾留後のコークスとコークス炉の炉壁レンガとの間に形成される隙間(クリアランス)をコークスの収縮量としている。なお、この収縮は、上記で述べたコークス収縮率のほかに、少なくとも温度分布や膨張圧等の様々な因子の影響を受けるものであり、本発明で対象とするコークス収縮率とは別のものである。   By the way, with respect to shrinkage of coke, there are some which have different physical quantities of interest and are defined. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-216813 (Patent Document 4), coke after carbonization and a furnace wall of a coke oven are described. The gap (clearance) formed between the brick and the brick is defined as the amount of coke shrinkage. This shrinkage is affected by at least various factors such as temperature distribution and expansion pressure, in addition to the coke shrinkage ratio described above, and is different from the coke shrinkage ratio targeted in the present invention. It is.

特開2005−194358号公報JP 2005-194358 A 特開平9−263764号公報JP-A-9-263768 特開2005−232349号公報JP 2005-232349 A 特開2013−216813号公報JP 2013-216813 A

Seiji Nomura and Takashi Arima (2013). Effect of coke contraction on mean coke size. Fuel, 105, 176-183.Seiji Nomura and Takashi Arima (2013) .Effect of coke contraction on mean coke size.Fuel, 105, 176-183.

上述したように、コークスの強度や粒径の推定精度を更に向上させる上で、石炭の再固化後の収縮過程におけるコークス収縮率を把握することが極めて重要である。上記特許文献3に記載される方法によれば、石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱したときの温度Tにおけるコークス収縮率を直接測定することができるが、特殊な装置を用いなければならず、また、炭種によっては測定が困難な場合がある。一方で、工業分析による石炭の性状等からコークス収縮率を推定する技術は、未だ確立されていない。   As described above, in order to further improve the accuracy of estimating the strength and particle size of coke, it is extremely important to grasp the coke shrinkage in the shrinkage process after resolidification of coal. According to the method described in Patent Document 3, the coke shrinkage at the temperature T when the coal is heated to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature can be directly measured, but a special device must be used. Measurement may be difficult depending on the type of coal. On the other hand, a technique for estimating the coke shrinkage rate from the properties of coal by industrial analysis has not been established yet.

そこで、本発明者らは、これらの課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、前記温度Tを石炭からコークスを得る際の乾留温度であるとすると、乾留時に発生する水素ガスの量がコークス収縮率と相関性を有することを新たに見出した。そして、この関係を利用すれば、石炭の温度Tにおけるコークス収縮率の程度を予想したり、精度良くコークス収縮率を推定することができるようになることから、本発明を完成させた。   Then, the present inventors have conducted intensive studies to solve these problems, and as a result, assuming that the temperature T is a carbonization temperature at the time of obtaining coke from coal, the amount of hydrogen gas generated during carbonization is It was newly found to have a correlation with coke shrinkage. By utilizing this relationship, it is possible to predict the degree of coke shrinkage at the temperature T of the coal and to accurately estimate the coke shrinkage, thereby completing the present invention.

したがって、本発明の目的は、炭種によらずに、より簡便に、コークス収縮率を推定することができる方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method that can more easily estimate the coke shrinkage regardless of the type of coal.

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、複数の石炭について、それぞれの石炭を温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を個別に測定して、得られた水素ガスの合計量を相対的に比較することで、当該石炭の温度Tにおけるコークス収縮率の大小を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
(2)石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、予め、温度Tにおけるコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、当該水素ガスの合計量と前記コークス収縮率との関係データを得ておき、
温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭について、温度Tまで加熱した際に発生する水素ガス合計量と前記関係データに基づき、前記温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭のコークス収縮率を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
(3)石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、予め、温度Tにおけるコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、当該水素ガスの合計量と前記コークス収縮率との相関式を得ておき、
温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭について、温度Tまで加熱した際に発生する水素ガス合計量に基づき、前記相関式からコークス収縮率を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
(4)前記コークス収縮率は、石炭を入れる容器として、複数の通気孔が設けられた内部細管と外部細管との二重構造を有した試料管を用いて測定されるものであり、該試料管に石炭を装入し、ピストンを載せて所定の昇温速度で加熱しながら、加熱温度に対するピストンの上下変位を計測して、石炭の再固化温度でのピストン高さと温度Tでのピストン高さとに基づき算出されるものである(1)〜(3)のいずれかに記載のコークス収縮率の推定方法。
(5)前記温度Tは800℃以上1300℃以下である(1)〜(4)のいずれかに記載のコークス収縮率の推定方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) Coal is placed in a container and heated to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and the difference in volume or length of the contents between the re-solidification temperature and the temperature T is determined by the volume or length at the re-solidification temperature. A method of estimating a coke shrinkage rate at a temperature T of coke generated from the coal, expressed by a value obtained by dividing the coke,
The temperature T is a carbonization temperature when coke is obtained from coal, and was obtained by individually measuring the total amount of hydrogen gas generated when each coal was heated to the temperature T for a plurality of coals . A method for estimating a coke shrinkage ratio, comprising estimating a magnitude of a coke shrinkage ratio at a temperature T of the coal by relatively comparing the total amount of hydrogen gas.
(2) Put the coal in a container and heat it to a temperature T which is equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and calculate the difference in volume or length of the contents between the re-solidification temperature and the temperature T by the volume or length at the re-solidification temperature. A method of estimating a coke shrinkage rate at a temperature T of coke generated from the coal, expressed by a value obtained by dividing the coke,
The temperature T is the carbonization temperature when coke is obtained from coal, and the total amount of hydrogen gas generated when each of the plurality of test coals whose coke shrinkage at the temperature T is known is heated to the temperature T. By measuring the relationship between the total amount of the hydrogen gas and the coke shrinkage,
For a coal whose coke shrinkage at temperature T is unknown, the coke shrinkage at the temperature T is estimated based on the total amount of hydrogen gas generated when the coal is heated up to temperature T and the relational data. A method for estimating a coke shrinkage ratio, characterized in that:
(3) The coal is placed in a container and heated to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and the difference in volume or length of the contents between the re-solidification temperature and the temperature T is determined by the volume or length at the re-solidification temperature. A method of estimating a coke shrinkage rate at a temperature T of coke generated from the coal, expressed by a value obtained by dividing the coke,
The temperature T is the carbonization temperature when coke is obtained from coal, and the total amount of hydrogen gas generated when each of the plurality of test coals whose coke shrinkage at the temperature T is known is heated to the temperature T. To obtain a correlation equation between the total amount of the hydrogen gas and the coke shrinkage,
A method of estimating a coke shrinkage ratio, comprising estimating a coke shrinkage ratio from the correlation equation based on a total amount of hydrogen gas generated when a coke shrinkage at a temperature T is unknown.
(4) The coke shrinkage is measured using a sample tube having a double structure of an inner thin tube provided with a plurality of vent holes and an outer thin tube as a container for storing coal. The pipe is charged with coal, the piston is placed on the pipe, and the piston is heated at a predetermined heating rate, and the vertical displacement of the piston with respect to the heating temperature is measured. The method for estimating a coke shrinkage ratio according to any one of (1) to (3), which is calculated based on the following.
(5) The method for estimating a coke shrinkage ratio according to any one of (1) to (4), wherein the temperature T is 800 ° C. or more and 1300 ° C. or less.

本発明によれば、いかなる石炭であっても、より簡便に、コークス収縮率を推定することができる。なかでも、事前に、石炭を所定の温度まで加熱した際に発生する水素ガスの合計量とコークス収縮率との相関式を得ておき、この相関式を利用すれば、コークス収縮率を精度良く推定することができるようになる。このようにコークス収縮率の推定方法を確立することで、石炭を乾留して得られるコークスの粒径や強度の予測精度をより高めることができ、非微粘結炭等の比較的安価な石炭の使用が増加している高炉用コークスの製造において、極めて有用なものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is any coal, a coke shrinkage rate can be estimated more easily. Above all, in advance, a correlation equation between the total amount of hydrogen gas generated when heating coal to a predetermined temperature and the coke shrinkage rate is obtained, and if this correlation equation is used, the coke shrinkage rate can be accurately determined. It can be estimated. By establishing a method for estimating coke shrinkage in this way, it is possible to further improve the accuracy of predicting the particle size and strength of coke obtained by carbonizing coal, and to use relatively inexpensive coal such as non-coking coal. It is extremely useful in the production of blast furnace coke, which is increasingly used.

図1(a)は、コークス収縮率の測定を行う装置(高温ジラトメータ)の全体概要説明図であり、図1(b)は、試料管に試料(石炭)を装入した様子を示す説明図であり、図1(c)は内部細管の平面断面図である。FIG. 1A is an overall schematic explanatory view of an apparatus (high-temperature dilatometer) for measuring a coke shrinkage ratio, and FIG. 1B is an explanatory view showing a state in which a sample (coal) is charged into a sample tube. FIG. 1 (c) is a plan sectional view of the inner thin tube. 図2は、本発明で水素ガス測定に用いるガスモニタリング装置の全体概要説明図である。FIG. 2 is an overall schematic explanatory diagram of a gas monitoring device used for measuring hydrogen gas in the present invention. 図3は、実施例で用いた各石炭の水素発生挙動を連続的に測定したグラフである。FIG. 3 is a graph continuously measuring the hydrogen generation behavior of each coal used in the examples. 図4は、実施例で得られた本発明に係る相関式であって、石炭の水素ガス合計量(乾留水素発生量)と1000℃でのコークス収縮率との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a correlation between the total amount of hydrogen gas in a coal (the amount of dry carbon dioxide generated) and the coke shrinkage at 1000 ° C., which is a correlation formula according to the present invention obtained in the examples. 図5は、乾留において発生したCHの合計量(CH4発生量)とコークス収縮率との関係を示すグラフである(比較例)。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the total amount of CH 4 generated in carbonization (the amount of generated CH 4 ) and coke shrinkage (Comparative Example). 図6は、乾留において発生した炭化水素ガス(C=2〜4)の合計量(CH発生量)とコークス収縮率との関係を示すグラフである(比較例)。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the total amount (CH generation amount) of hydrocarbon gas (C = 2 to 4) generated in carbonization and the coke shrinkage (Comparative Example). 図7は、各石炭の揮発分(VM)とコークス収縮率との関係を示すグラフである(比較例)。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volatile matter (VM) of each coal and the coke shrinkage (comparative example). 図8は、コークス収縮率とコークスの粒径との関係を示すグラフである(非特許文献1のFig.9を引用)。FIG. 8 is a graph showing the relationship between coke shrinkage and coke particle size (see FIG. 9 of Non-Patent Document 1).

以下、本発明について詳しく説明する。
先ず、本発明で対象とするコークス収縮率とは、特許文献3で記載する方法によって測定されるものであり、石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される。詳しくは、図1に示した装置(高温ジラトメータ)を用いて、下記のようにしてコークス収縮率を測定することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, the coke shrinkage rate targeted in the present invention is measured by the method described in Patent Document 3, and coal is placed in a container, heated to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and reheated. It is represented by a value obtained by dividing the difference in volume or length of the contents between the solidification temperature and the temperature T by the volume or length at the resolidification temperature. More specifically, the coke shrinkage can be measured using the apparatus (high-temperature dilatometer) shown in FIG. 1 as follows.

この装置は、石炭の膨張性を試験する通常のジラトメータよりも高い温度(1300℃)まで昇温が可能であり、また、石炭を入れる容器として、内部細管2と外部細管3との二重構造を有した試料管4を用いたものである。すなわち、ここで用いる装置(高温ジラトメータ)は、この試料管4と、試料管4に装入した石炭1の上に載せるピストン6と、試料管4内の石炭を所定の昇温速度で加熱することができるヒーター7を有した電気炉8と、ピストンの上下変位を計測するレーザー変位計9とを備えている。このうち、内部細管2は、その表面に複数の通気孔5を有しており、石炭が発生するガスを内部細管2の外に逃がすことができるようになっている。これは、石炭が軟化溶融時に熱分解ガスを発生して大きく膨張すると、ピストン6と内部細管2との隙間に溶融石炭やタールが入り込み、再固化後にピストンの移動が拘束されてしまうことから、内部細管2に通気孔5を設けることで、軟化溶融時のガスを排出して膨張を抑制し、再固化後の収縮を計測できるようにしている。また、外部配管3の上端には蓋10が被せられて、ピストン6の軸ずれを防止するガイドとして作用する。   This device can raise the temperature to a higher temperature (1300 ° C) than a normal dilatometer for testing the expansibility of coal, and has a double structure of an inner thin tube 2 and an outer thin tube 3 as a container for containing coal. The sample tube 4 having the following is used. That is, the apparatus (high-temperature dilatometer) used here heats the sample tube 4, the piston 6 placed on the coal 1 charged in the sample tube 4, and the coal in the sample tube 4 at a predetermined heating rate. An electric furnace 8 having a heater 7 capable of performing the above-mentioned operations, and a laser displacement meter 9 for measuring a vertical displacement of a piston are provided. Among these, the inner thin tube 2 has a plurality of ventilation holes 5 on the surface thereof, so that gas generated by coal can escape to the outside of the inner thin tube 2. This is because if the coal generates a pyrolysis gas during softening and melting and expands greatly, molten coal or tar enters the gap between the piston 6 and the internal thin tube 2 and the movement of the piston is restrained after re-solidification. By providing the vent hole 5 in the inner thin tube 2, the gas at the time of softening and melting is discharged to suppress the expansion, and the shrinkage after the re-solidification can be measured. In addition, a cover 10 is placed on the upper end of the external pipe 3 and acts as a guide for preventing the piston 6 from being axially displaced.

石炭1を試料管4に装入する際には、熱分解ガスが通過可能な紙等の薄シート11を内部細管2の内側に沿うようにして入れて、所定の粒度に粉砕した石炭を装入し、内部細管2の通気孔5から石炭がこぼれないようにし、試料管4内の石炭を所定の昇温速度で加熱する。そして、加熱温度に対するピストンの上下変位を計測しながら、再固化温度でのピストン高さhと温度Tでのピストン高さh’とから、下記の式(1)により、コークス収縮率R(−)を求めることができる。この際、昇温に起因するピストン6の熱膨張を考慮して、事前にピストン膨張の影響をブランクでの実績値をもとに温度の関数として求めておき、式(1)によるコークス収縮率の算出時に補正を加えるようにしてもよい。
R=(h−h’)/h ・・・(1)
When charging the coal 1 into the sample tube 4, a thin sheet 11 made of paper or the like through which a pyrolysis gas can pass is inserted along the inside of the inner thin tube 2, and the coal pulverized to a predetermined particle size is loaded. Then, the coal in the sample tube 4 is heated at a predetermined heating rate so that the coal does not spill out from the vent hole 5 of the internal thin tube 2. Then, while measuring the vertical displacement of the piston with respect to the heating temperature, the coke shrinkage rate R (−) is obtained from the piston height h at the re-solidification temperature and the piston height h ′ at the temperature T by the following equation (1). ). At this time, in consideration of the thermal expansion of the piston 6 due to the temperature rise, the influence of the piston expansion is obtained in advance as a function of the temperature based on the actual value of the blank, and the coke shrinkage rate according to the equation (1) May be added at the time of calculation.
R = (hh ′) / h (1)

ここで、この測定により石炭を加熱した際の再固化温度を特定するにあたっては、特許文献3で示されているように、温度上昇に伴いピストン変位の挙動が大きく変わり、ピストン高さが急激に低下する温度を再固化温度とすることができる。詳しくは、上記の装置を用いて、ピストン6の位置に基づいて昇温中の石炭1の長さを連続的に計測し、昇温中において、単位温度変化あたりの石炭長さの変化を算出して長さ変化率として、温度との関係を観察すると、温度400〜550℃の領域において、長さ変化率が減少しその後急激に増大する温度が見出せることから、この温度を石炭の再固化温度とすればよい。また、単位温度変化あたりの収縮率の変化を収縮係数(-/K)と定義して、収縮係数と温度との関係を観察すると、石炭の再固化温度直前の温度領域において収縮係数が減少し、再固化温度直後の温度領域で収縮係数が急激に増大することから、収縮係数の変化を観察して、収縮係数が急増した温度を石炭の再固化温度として特定してもよい。   Here, when specifying the re-solidification temperature when heating the coal by this measurement, as shown in Patent Document 3, the behavior of the piston displacement changes significantly with the temperature rise, and the piston height suddenly increases. The temperature at which it drops can be the re-solidification temperature. Specifically, using the above-described apparatus, the length of the coal 1 during the temperature rise is continuously measured based on the position of the piston 6, and the change in the coal length per unit temperature change is calculated during the temperature rise. Observing the relationship between the length change rate and the temperature, it is found that in the temperature range of 400 to 550 ° C., a temperature at which the length change rate decreases and then sharply increases can be found. What is necessary is just temperature. The change in shrinkage rate per unit temperature change is defined as the shrinkage coefficient (-/ K), and the relationship between shrinkage coefficient and temperature is observed. The shrinkage coefficient decreases in the temperature range immediately before the resolidification temperature of coal. Since the shrinkage coefficient sharply increases in the temperature region immediately after the resolidification temperature, a change in the shrinkage coefficient may be observed, and the temperature at which the shrinkage coefficient sharply increases may be specified as the resolidification temperature of the coal.

一方、温度Tについては、再固化温度以上の温度であれば任意に設定することができるが、求められたコークス収縮率をコークスの粒径や強度の推定等に利用することを勘案して、石炭からコークスを得る際の乾留温度とし、好ましくは800℃以上1300℃以下、最も好ましくは1000℃である。   On the other hand, the temperature T can be arbitrarily set as long as the temperature is equal to or higher than the re-solidification temperature. In consideration of using the obtained coke shrinkage for estimating the particle size and strength of coke, The carbonization temperature for obtaining coke from coal is preferably 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and most preferably 1000 ° C.

本発明は、このようなコークス収縮率について、図1に示したような装置を使わずに求める(推定する)ようにしたものである。すなわち、本発明者らは、コークス(又はセミコークス)の収縮現象が、軟化溶融した石炭の再固化後に生じ、しかも、加熱により再固化した後にコークス(又はセミコークス)の一部がガスとして脱離することによって起こるものと考え、なかでも、石炭を乾留した際に発生する水素ガスに着目して、その合計量に基づき、乾留温度におけるコークス収縮率を推定することができることを見出した。これにより、石炭を乾留温度である温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定すれば、得られた水素ガスの合計量に基づいて、その石炭の温度Tにおけるコークス収縮率の程度を予測することが可能になる。   In the present invention, such a coke shrinkage is obtained (estimated) without using an apparatus as shown in FIG. That is, the present inventors have found that the coke (or semi-coke) shrinkage phenomenon occurs after the re-solidification of the softened and molten coal, and further, after re-solidification by heating, part of the coke (or semi-coke) is degassed as a gas. It was thought that the coke shrinkage at the carbonization temperature could be estimated based on the total amount of hydrogen gas generated by carbonizing coal, focusing on the hydrogen gas generated when coal was carbonized. Thereby, if the total amount of hydrogen gas generated when the coal is heated to the temperature T which is the carbonization temperature is measured, the coke shrinkage at the temperature T of the coal is determined based on the total amount of the obtained hydrogen gas. The degree can be predicted.

具体的には、複数の石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、これらを相対的に比較して、コークス収縮率の大小を推定するようにしたり、温度Tにおけるコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、水素ガスの合計量とコークス収縮率とをグラフにプロットするなどして関係データを取得しておき、そこから、温度Tにおけるコークス収縮率が未知の新たな石炭について、そのコークス収縮率を推定するようにしてもよい。なかでも、好ましくは、下記のようにして事前に相関式を得ておくことで、新たな石炭のコークス収縮率を精度良く推定することができる。   Specifically, for a plurality of coals, the total amount of hydrogen gas generated when each coal is heated to the temperature T is measured, and these are relatively compared to estimate the magnitude of the coke shrinkage. For a plurality of test coals whose coke shrinkage at temperature T is known, the total amount of hydrogen gas generated when each of them is heated to temperature T is measured, and the total amount of hydrogen gas and coke shrinkage are graphed. The related data may be obtained by plotting or the like, and the coke shrinkage of the new coal whose coke shrinkage at the temperature T is unknown may be estimated therefrom. Among them, preferably, by obtaining the correlation equation in advance as described below, the coke shrinkage of new coal can be accurately estimated.

すなわち、石炭からコークスを得る際の乾留温度である温度Tでのコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、この水素ガス合計量とコークス収縮率との相関式を得るようにするのがよい。このようにして求めた相関式は、温度Tでのコークス収縮率が未知である複数の石炭に対して繰り返して利用することが可能であり、それぞれ精度良くコークス収縮率を推定することができる。   That is, for a plurality of test coals whose coke shrinkage at the temperature T, which is the carbonization temperature when obtaining coke from coal, is known, the total amount of hydrogen gas generated when each is heated to the temperature T is measured, It is preferable to obtain a correlation equation between the total amount of hydrogen gas and the coke shrinkage. The correlation equation obtained in this manner can be repeatedly used for a plurality of coals whose coke shrinkage at the temperature T is unknown, and the coke shrinkage can be accurately estimated for each of the coals.

このように乾留により発生する水素の合計量を測定する手法としては特に制限されず、例えば、最も一般的な水素ガス測定手法であるガスクロマトグラフ−熱伝導度検出器(GC-TCD)等を用いてもよい。この場合、加熱開始温度(室温)から乾留温度(例えば1000℃)までに発生するガスをガスサンプリングバッグ等に溜め込み、発生した水素の総量を測定する。   The method for measuring the total amount of hydrogen generated by carbonization is not particularly limited, and for example, a gas chromatograph-thermal conductivity detector (GC-TCD), which is the most common hydrogen gas measuring method, is used. You may. In this case, the gas generated from the heating start temperature (room temperature) to the carbonization temperature (for example, 1000 ° C.) is stored in a gas sampling bag or the like, and the total amount of generated hydrogen is measured.

一方で、コークス炉で発生するコークス炉ガス(COG)の発生量と熱量を実験装置で簡便に予測したり(参考文献1:特許第4050989号)、石炭の乾留反応の解析に用いられる(参考文献2:西藤ら(2010).ガスモニタリングによる石炭の乾留反応の解析とコークス炉発生ガスの連続測定 新日鉄技報 第390号,101-111.)ガスモニタリング装置を使って、乾留により発生した水素の量を連続的に測定するようにしてもよい。図2には、このガスモニタリング装置の全体概要図が示されており、この装置では、ガス精製器22及び流量計23を通じて不活性ガスである窒素等のキャリアガス21を流しながら、試料(石炭)25が入れられた石英製の炉心管24を管状電気炉26で加熱し、タールトラップ27を介して、発生したガスをコンピュータ30に接続されたフーリエ変換赤外分光装置(FT-IR)29のガス測定用セル28に導入する。FT−IRでは水素ガス(H2)を測定することができないが、このガスモニタリング装置には、Hに感度を有するSnO等の半導体式の水素ガスセンサ31を接続している。そして、水素ガスセンサ31にはレコーダー32が取り付けられており、このようなガスモニタリング装置であれば、ガスサンプリングバッグ等を用いる必要がなく、乾留により発生する水素の量を連続的に測定することができる。なお、図2に示したガスモニタリング装置では、ガス中の炭化水素を測定する目的でFT−IRを用いているが、水素ガスを測定するだけであればFT−IRを使用する必要はなく、直接水素ガスセンサ31に導入すればよい。 On the other hand, the amount of generated coke oven gas (COG) and the amount of heat generated in a coke oven are easily predicted by an experimental device (Reference 1: Patent No. 4050989), and are used for analysis of coal carbonization reaction (Reference) Reference 2: Nishito et al. (2010). Analysis of carbonization reaction of coal by gas monitoring and continuous measurement of gas generated in coke oven. Nippon Steel Technical Report No. 390, 101-111.) Hydrogen generated by carbonization using gas monitoring equipment. May be measured continuously. FIG. 2 shows an overall schematic diagram of this gas monitoring device. In this device, a sample (coal) is supplied while flowing a carrier gas 21 such as nitrogen as an inert gas through a gas purifier 22 and a flow meter 23. The furnace tube 24 made of quartz containing 25) is heated in a tubular electric furnace 26, and the generated gas is transferred through a tar trap 27 to a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) 29 connected to a computer 30. Is introduced into the cell 28 for gas measurement. Although FT-IR cannot measure hydrogen gas (H 2 ), a semiconductor-type hydrogen gas sensor 31 such as SnO 2 having sensitivity to H 2 is connected to this gas monitoring device. A recorder 32 is attached to the hydrogen gas sensor 31. With such a gas monitoring device, it is not necessary to use a gas sampling bag or the like, and it is possible to continuously measure the amount of hydrogen generated by dry distillation. it can. In the gas monitoring device shown in FIG. 2, the FT-IR is used for the purpose of measuring hydrocarbons in the gas. However, if only the hydrogen gas is measured, it is not necessary to use the FT-IR. What is necessary is just to introduce | transduce into the hydrogen gas sensor 31 directly.

ここで、先の参考文献1及び2でも記載されているように、石炭の乾留により水素ガスのほか、CH、C、Cのような炭化水素ガスが主に発生し、一酸化炭素や二酸化炭素がわずかながら発生する。このうち、CH等の炭化水素ガスは比較的低温(400〜700℃)の温度域で主に発生し、水素ガスは比較的高温(500〜1000℃)の温度域で主に発生するものの、発生する全てのガスの総量とコークス収縮率との関係や、炭化水素ガスとコークス収縮率との関係に着目した場合に比べて、本発明のように水素ガスの発生量を指標としてコークス収縮率を推定した方が、推定精度は高くなることが分かった。また、セミコークスの収縮現象は、一般に、芳香環の縮合反応により水素ガスの発生を伴って進行すると考えられるところ、本発明では、後の実施例で説明するように、コークス収縮率と水素ガスの発生量とは逆相関を示すことが分かった(つまり、水素ガスの発生量が増すにつれてコークス収縮率は低下する)。この予想外の結果について、現時点では十分に解明できていない。 Here, as described in References 1 and 2 above, hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 6 and C 2 H 4 is mainly generated by dry distillation of coal, in addition to hydrogen gas. However, carbon monoxide and carbon dioxide are slightly generated. Among them, hydrocarbon gas such as CH 4 is mainly generated in a relatively low temperature range (400 to 700 ° C), and hydrogen gas is mainly generated in a relatively high temperature range (500 to 1000 ° C). As compared with the case where the relationship between the total amount of all generated gases and the coke shrinkage ratio and the relationship between the hydrocarbon gas and the coke shrinkage ratio is focused on, the coke shrinkage using the amount of generated hydrogen gas as an index as in the present invention. It was found that the estimation accuracy was higher when the rate was estimated. In addition, the semi-coke shrinkage phenomenon is generally considered to proceed with the generation of hydrogen gas due to the condensation reaction of the aromatic ring. However, in the present invention, the coke shrinkage rate and the hydrogen gas Was found to be inversely correlated with the amount of hydrogen gas generated (that is, the coke shrinkage decreased as the amount of hydrogen gas generated increased). This unexpected result is not fully understood at this time.

本発明において、石炭を温度T(乾留温度)まで加熱して発生する水素ガスの合計量を測定するにあたっては、コークス炉での操業状態を模した条件となるように、例えば昇温速度は石炭コークス化の操業、実機条件に準ずることが望ましいと考えられる。一般に、コークス炉での乾留における石炭の昇温速度は3℃/min前後であり、昇温速度を変化させるとガスの発生率が変化する場合があることが報告されている(参考文献3:宝田ら(1996).石炭熱分解時のガス発生挙動に対する昇温速度及び炭種の影響 鉄と鋼Vol.82,388-392.)が、図2に示したガスモニタリング装置において、昇温速度を3〜10℃/minの範囲で変化させて発生するガスを調査したところ、発生ガス量に特段の変化は認められなかった。そこで、水素ガスの合計量を測定する際の昇温速度は、少なくともこの範囲内では任意に設定することができる(下記実施例では昇温速度6℃/minとした)。   In the present invention, when measuring the total amount of hydrogen gas generated by heating coal to a temperature T (carbonization temperature), for example, the heating rate is set to a value that simulates the operating condition in a coke oven. It is considered desirable to conform to the coking operation and actual machine conditions. Generally, the rate of temperature rise of coal in dry distillation in a coke oven is about 3 ° C./min, and it has been reported that changing the rate of temperature rise may change the gas generation rate (Reference 3: Takarada et al. (1996). Effect of heating rate and coal type on gas generation behavior during coal pyrolysis Iron and steel Vol.82, 388-392. Was changed in the range of 3 to 10 ° C./min, and the generated gas was examined. As a result, no particular change was found in the generated gas amount. Therefore, the temperature rising rate when measuring the total amount of hydrogen gas can be arbitrarily set at least within this range (the temperature rising rate is 6 ° C./min in the following examples).

また、石炭を加熱して水素ガスの合計量を測定する際の加熱開始温度については、通常、室温から加熱を開始して乾留温度(温度T)までの水素ガスの発生量を合計すればよいが、一般に水素ガスの発生がおよそ400℃からはじまることから、作業効率を考慮して、少なくとも400℃を加熱開始温度として乾留温度(温度T)まで加熱して、水素ガスの発生量を合計するようにしてもよい。   As for the heating start temperature when measuring the total amount of hydrogen gas by heating coal, it is usually sufficient to start heating from room temperature and sum the amount of hydrogen gas generated up to the carbonization temperature (temperature T). However, since the generation of hydrogen gas generally starts from about 400 ° C., in consideration of working efficiency, heating is performed to a carbonization temperature (temperature T) with at least 400 ° C. as a heating start temperature, and the amount of generated hydrogen gas is totalized. You may do so.

そして、上述したように、本発明における好ましい態様としては、試験用石炭ごとに、乾留温度(温度T)まで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、各試験用石炭の水素ガス合計量とこれら試験用石炭のコークス収縮率との相関式を得るようにする。図4には、後述する実施例で求めた試験用石炭のコークス収縮率とこの水素ガスの合計量との関係が示されており、良好な相関性を示すことが分かる。そのため、乾留温度(温度T)におけるコークス収縮率が未知の石炭について、試験用石炭の場合と同様にして水素ガスの合計量を測定すれば、得られた相関式からコークス収縮率を推定することが可能になる。特許文献3に記載されるような装置を用いることなく、簡便にコークス収縮率を推定でき、また、いかなる炭種に対しても本発明の推定方法を適用することができる。   As described above, in a preferred embodiment of the present invention, for each test coal, the total amount of hydrogen gas generated when heated to the carbonization temperature (temperature T) is measured, and the hydrogen content of each test coal is measured. A correlation equation between the total amount of gas and the coke shrinkage of these test coals is obtained. FIG. 4 shows the relationship between the coke shrinkage ratio of the test coal obtained in the example described later and the total amount of the hydrogen gas, and it can be seen that a good correlation is shown. Therefore, if the coke shrinkage at the carbonization temperature (temperature T) is unknown and the total amount of hydrogen gas is measured in the same manner as in the case of the test coal, the coke shrinkage can be estimated from the obtained correlation equation. Becomes possible. The coke shrinkage can be easily estimated without using the device described in Patent Document 3, and the estimation method of the present invention can be applied to any type of coal.

このような相関式を得るにあたって用意する温度Tでのコークス収縮率が既知の試験用石炭については、産地や銘柄が違い、コークス収縮率が異なるものを複数用意するようにすればよく、好ましくは5個以上、より好ましくは10個以上用意するのがよい。その際、一般にコークス収縮率は10〜18%程度であることから、この数値範囲の上限側と下限側のものを含めるようにするのがよい。   In order to obtain such a correlation equation, for a test coal having a known coke shrinkage at the temperature T prepared, a plurality of coals having different production areas and brands and different coke shrinkage ratios may be prepared, and are preferably used. It is better to prepare 5 or more, more preferably 10 or more. In this case, since the coke shrinkage is generally about 10 to 18%, it is preferable to include the upper and lower limits of this numerical range.

また、本発明の方法により配合に用いる各単味炭のコークス収縮率を求めて、得られた各単味炭のコークス収縮率を配合割合に応じて加重平均することで配合炭のコークス収縮率を推定することができる。そのため、このようにして求めた配合炭のコークス収縮率をもとに、例えば、先に述べた特許文献3に記載の方法によりコークスの粒径を推定したり、コークスの強度を公知の手法により推定すれば、より精度の高い推定値を得ることができるようになる。   In addition, the coke shrinkage of each single coal used for blending is determined by the method of the present invention, and the coke shrinkage of the blended coal is calculated by weighing the coke shrinkage of each single coal obtained according to the blending ratio. Can be estimated. Therefore, based on the coke shrinkage of the blended coal thus determined, for example, the particle size of coke is estimated by the method described in Patent Document 3 described above, or the strength of coke is determined by a known method. If the estimation is performed, a more accurate estimated value can be obtained.

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these contents.

(実施例1)
表1に示した工業分析及び元素分析による性状を有した石炭A〜Fを用意した。ここで、表中の灰分(dry.%)は、JIS M8812の工業分析法に規定される条件で加熱灰化したときに残留する灰の量の質量分率を表し、揮発分(dry.%)は、同じくJIS M8812の工業分析法に規定される揮発分定量方法で求めたものである。
(Example 1)
Coals A to F having properties by industrial analysis and elemental analysis shown in Table 1 were prepared. Here, the ash content (dry.%) In the table represents the mass fraction of the amount of ash remaining when heated and incinerated under the conditions specified in the industrial analysis method of JIS M8812, and the volatile content (dry.% ) Is determined by the volatile content determination method also specified in the industrial analysis method of JIS M8812.

これらの石炭A〜Fについて、図1に示した装置(高温ジラートメータ)を用いて、次のようにして温度T=1000℃でのコークス収縮率を求めた。すなわち、測定に使用した装置の内部細管2は内径8mm、外径14.5mmのSUS製の円筒形容器からなり、直径1mmの孔5が円周方向8箇所、高さ方向に2mm間隔で合計368個設けられている。外部細管3は内部細管2と同心円状に配置されて、外部細管3の材質はSUS、内径は16mm、外径は24mmである。内部細管内には上方からピストン6が装入可能であり、ピストン6の下端部は直径7.5mmを有して、内部細管2に装入された石炭1の上端に接するように配置される。また、ピストン6の上下方向位置はレーザー変位計9により計測することができ、更に、外部細管3の外側にはヒーター7を備えた電気炉により、内部細管2の中に装入した石炭1の温度を1300℃まで加熱可能である。   With respect to these coals A to F, the coke shrinkage at a temperature T = 1000 ° C. was determined as follows using the apparatus (high-temperature dilatometer) shown in FIG. That is, the inner thin tube 2 of the device used for the measurement is formed of a SUS cylindrical container having an inner diameter of 8 mm and an outer diameter of 14.5 mm, and holes 5 having a diameter of 1 mm are provided in eight places in the circumferential direction at a distance of 2 mm in the height direction. 368 are provided. The outer thin tube 3 is arranged concentrically with the inner thin tube 2. The material of the outer thin tube 3 is SUS, the inner diameter is 16 mm, and the outer diameter is 24 mm. A piston 6 can be inserted from above into the inner thin tube, and the lower end of the piston 6 has a diameter of 7.5 mm and is disposed so as to be in contact with the upper end of the coal 1 charged in the inner thin tube 2. . Further, the vertical position of the piston 6 can be measured by a laser displacement meter 9, and the electric furnace equipped with a heater 7 on the outer side of the outer thin tube 3 allows the coal 1 charged in the inner thin tube 2 to be measured. The temperature can be heated up to 1300 ° C.

そして、内部細管2の内周に沿うように厚み約50μmの紙(薄シート)11を装入し、その中に−3mm(3mm以下)に粉砕した石炭を1.25g装入し、ピストン6を載せた上で、ヒーター7により3℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温した。その際、ピストン6の位置に基づいて昇温中の石炭1の長さを連続的に計測した。また、昇温中に、単位温度変化あたりの石炭長さの変化を算出して長さ変化率とし、温度との関係を観察したところ、温度400〜550℃の領域において、長さ変化率が減少しその後急激に増大する温度を見出して、この温度を石炭の再固化温度とした。このような測定を各石炭A〜Fについて行い、それぞれ、先の式(1)に基づいて、1000℃におけるコークス収縮率を求めた。結果は表1に示したとおりである。   Then, paper (thin sheet) 11 having a thickness of about 50 μm is charged along the inner circumference of the inner thin tube 2, and 1.25 g of coal pulverized to −3 mm (3 mm or less) is charged therein. , And the temperature was increased to 1000 ° C. by the heater 7 at a rate of 3 ° C./min. At that time, the length of the coal 1 being heated was continuously measured based on the position of the piston 6. In addition, during the temperature increase, the change in coal length per unit temperature change was calculated as the length change rate, and the relationship with the temperature was observed. In the temperature range of 400 to 550 ° C., the length change rate was A temperature which decreased and then increased sharply was found and this temperature was taken as the resolidification temperature of the coal. Such a measurement was carried out for each of the coals A to F, and the coke shrinkage at 1000 ° C. was obtained based on the above-mentioned equation (1). The results are as shown in Table 1.

また、これらの石炭A〜Fをそれぞれ温度T=1000℃まで加熱した際に発生する水素ガスの合計量について、図2に示したガスモニタリング装置を用いて、次のようにして測定した。石英製ボートに乗せた50mgの石炭試料25を約40mlの内容積を有した石英製炉心管24に入れ、管状電気炉26により室温から昇温速度6℃/minで1000℃まで加熱した。その際、ガス精製器22及び流量計23を通じてキャリアガス21として窒素を100ml/min(ガス圧:0.1MPa)の流量で流して、炉心管24内の石炭試料25が一定の窒素気流中にて加熱されるようにした。そして、石炭試料25から発生した水素ガス(H2)は、光路長2cmのFT-IRのガス測定用セル28を介して、半導体(SnO2)式の水素ガスセンサ31により連続的に測定し(測定間隔は1秒)、水素ガス濃度(石炭試料50mgから発生した水素ガス濃度:ppm)を求めた。結果を図3に示す。また、水素ガスセンサ31で検出された水素ガスについて、予め標準ガスで作成した検量線をもとに、室温から1000℃まで加熱したときに各石炭から発生した水素ガスの合計量(石炭試料50mgから発生した水素ガス合計量)を求めた。結果を表1に示す。 The total amount of hydrogen gas generated when each of these coals A to F was heated to a temperature T = 1000 ° C. was measured using the gas monitoring device shown in FIG. 2 as follows. A 50 mg coal sample 25 placed in a quartz boat was placed in a quartz furnace tube 24 having an inner volume of about 40 ml, and heated from room temperature to 1000 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min from a tubular electric furnace 26. At that time, nitrogen was flowed at a flow rate of 100 ml / min (gas pressure: 0.1 MPa) as the carrier gas 21 through the gas purifier 22 and the flow meter 23, and the coal sample 25 in the furnace tube 24 was cooled in a constant nitrogen flow. It was made to heat. Then, the hydrogen gas (H 2 ) generated from the coal sample 25 is continuously measured by the semiconductor (SnO 2 ) type hydrogen gas sensor 31 via the FT-IR gas measuring cell 28 having an optical path length of 2 cm ( The measurement interval was 1 second), and the hydrogen gas concentration (the concentration of hydrogen gas generated from 50 mg of a coal sample: ppm) was determined. The results are shown in FIG. Further, the hydrogen gas detected by the hydrogen gas sensor 31 is based on a calibration curve previously prepared with a standard gas, and the total amount of hydrogen gas generated from each coal when heated from room temperature to 1000 ° C. (from a coal sample of 50 mg). (Total amount of generated hydrogen gas). Table 1 shows the results.

Figure 0006657867
Figure 0006657867

そこで、表1に示した石炭A〜Gの水素ガス合計量と、各石炭の1000℃でのコークス収縮率との関係をグラフにすると図4に示したとおりになる。この図4から分かるように、これらは良好な相関性を有しており、温度T(1000℃)まで加熱した際に発生する水素ガスの合計量をx(横軸)とし、1000℃におけるコークス収縮率をy(縦軸)とすると、下記式(2)の相関式で表すことができる(決定係数R2=0.9429)。
y=−0.78x+18.9 ・・・(2)
Therefore, a graph showing the relationship between the total amount of hydrogen gas of coals A to G shown in Table 1 and the coke shrinkage at 1000 ° C. of each coal is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, these have a good correlation, and the total amount of hydrogen gas generated when heated to a temperature T (1000 ° C.) is x (horizontal axis), and coke at 1000 ° C. Assuming that the contraction rate is y (vertical axis), it can be represented by the correlation equation of the following equation (2) (determination coefficient R 2 = 0.9429).
y = −0.78x + 18.9 (2)

ちなみに、石炭A〜Fの水素ガス合計量の測定と併せて、各石炭について、FT−IR29で測定したCH発生量とコークス収縮率との関係、及びC=2〜4の炭化水素(HC)発生量とコークス収縮率との関係をグラフにすると図5、図6に示したとおりであり、決定係数(R2)はそれぞれR2=0.599、R2=0.5178となる。また、各石炭の揮発分(VM)とコークス収縮率との関係をグラフにすると図7に示したとおりになる(決定係数R2=0.8067)。いずれも、本発明で求めた図4の相関性に比べて相関性は劣ることが分かる。なお、図4及び図5は逆相関を示しているが、その理由は前述のとおり現時点では不明である。 Incidentally, together with the measurement of the total amount of hydrogen gas of the coals A to F, for each coal, the relationship between the amount of CH 4 generation measured by the FT-IR29 and the coke shrinkage ratio, and C = 2 to 4 hydrocarbons (HC 5) and FIG. 6 show the relationship between the generation amount and the coke shrinkage ratio, as shown in FIGS. 5 and 6, where the determination coefficients (R 2 ) are R 2 = 0.599 and R 2 = 0.5178, respectively. A graph showing the relationship between the volatile matter (VM) of each coal and the coke shrinkage ratio is as shown in FIG. 7 (determination coefficient R 2 = 0.8067). In each case, it is understood that the correlation is inferior to the correlation of FIG. 4 obtained by the present invention. 4 and 5 show the inverse correlation, but the reason is unknown at this time as described above.

そこで、下記表2に示した性状を有して、1000℃におけるコークス収縮率が未知の石炭Hについて、上記と同様にして室温から1000℃まで加熱したときに各石炭から発生した水素ガスの合計量(石炭試料50mgから発生した水素ガス合計量)を求めた。測定は3回行い、それらの平均値6.86ml/50mg-sampleを石炭Hの水素ガスの合計量として、上記で求めた式(2)の相関式からこの石炭Hの1000℃におけるコークス収縮率を求めると12.0%と推定された(図4のグラフ中に□で示したものが石炭Hの推定値)。   Therefore, for coal H having the properties shown in Table 2 below and whose coke shrinkage at 1000 ° C. is unknown, the total amount of hydrogen gas generated from each coal when heated from room temperature to 1000 ° C. in the same manner as above. The amount (total amount of hydrogen gas generated from 50 mg of coal sample) was determined. The measurement was performed three times, and the average value of 6.86 ml / 50 mg-sample was taken as the total amount of hydrogen gas of coal H, and the coke shrinkage of this coal H at 1000 ° C. was obtained from the correlation equation of equation (2) obtained above. Was calculated, it was estimated to be 12.0% (indicated by □ in the graph of FIG. 4 is the estimated value of coal H).

Figure 0006657867
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そして、石炭A〜Gのコークス収縮率を測定した先の装置を用いてこの石炭Hのコークス収縮率を実際に測定したところ12.1%であった。すなわち、本発明によって実測値に極めて近いコークス収縮率を推定できることが分かった。   Then, when the coke shrinkage of the coal H was actually measured using the previous apparatus which measured the coke shrinkage of the coals A to G, it was 12.1%. That is, it was found that the coke shrinkage rate extremely close to the actually measured value can be estimated by the present invention.

ちなみに、この石炭Hについて、FT−IR29で測定したC=2〜4の炭化水素(HC)発生量は1.5ml/50mg-sampleであり、この値に基づき図6に示したグラフからコークス収縮率を推定すると13.2%となる。同じく、石炭HのCH発生量は2.5ml/50mg-sampleであり、この値に基づき図5に示したグラフからコークス収縮率を推定すると10.7%となる。また、この石炭Hの揮発分(VM)に基づき、図7のグラフからコークス収縮率を推定すると12.6%となり、いずれも本発明に係る推定値より精度が劣る結果であった。 Incidentally, for this coal H, the amount of generation of hydrocarbons (HC) of C = 2 to 4 measured by FT-IR29 was 1.5 ml / 50 mg-sample, and based on this value, the coke shrinkage was obtained from the graph shown in FIG. The rate is estimated to be 13.2%. Similarly, the amount of CH 4 generated in coal H is 2.5 ml / 50 mg-sample, and the coke shrinkage rate is estimated to be 10.7% based on this value and estimated from the graph shown in FIG. Further, based on the volatile matter (VM) of the coal H, the coke shrinkage rate was estimated to be 12.6% from the graph of FIG. 7, and the results were all inferior to the estimated value according to the present invention.

以上のとおり、石炭を温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量は、その石炭の温度Tにおけるコークス収縮率と相関性を有することから、上記のような相関式を算出しないまでも、水素ガスの合計量とコークス収縮率とをグラフにプロットするなどしてさえいれば、そこから、温度Tにおけるコークス収縮率が未知の新たな石炭について、そのコークス収縮率を推定することもできる。或いは、例えば、複数の石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定すれば、それらを相対的に比較してコークス収縮率の大小を推定することもでき、高炉用コークスの製造において、様々な利用形態が見込まれる。   As described above, since the total amount of hydrogen gas generated when the coal is heated to the temperature T has a correlation with the coke shrinkage at the temperature T of the coal, even if the above correlation equation is not calculated, If the total amount of hydrogen gas and the coke shrinkage are plotted on a graph, the coke shrinkage of a new coal whose coke shrinkage at the temperature T is unknown can be estimated from the plot. . Alternatively, for example, by measuring the total amount of hydrogen gas generated when each of a plurality of coals is heated to the temperature T, the magnitude of the coke shrinkage ratio can be estimated by comparing the relative amounts of the hydrogen gas and the blast furnace. Various forms of use are expected in the production of coke for use.

1:石炭、2:内部細管、3:外部細管、4:試料管、5:通気孔、6:ピストン、7:ヒーター、8:電気炉、9:レーザー変位計、10:蓋、11:薄シート、21:キャリアガス、22:ガス精製器、23:流量計、24:炉心管、25:試料(石炭)、26:管状電気炉、27:タールトラップ、28:ガス測定用セル、29:フーリエ変換赤外分光装置(FT-IR)、30:コンピュータ、31:水素ガスセンサ、32:レコーダー。 1: coal, 2: internal capillary, 3: external capillary, 4: sample tube, 5: vent, 6: piston, 7: heater, 8: electric furnace, 9: laser displacement meter, 10: lid, 11: thin Sheet, 21: carrier gas, 22: gas purifier, 23: flow meter, 24: furnace tube, 25: sample (coal), 26: tubular electric furnace, 27: tar trap, 28: cell for gas measurement, 29: Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), 30: computer, 31: hydrogen gas sensor, 32: recorder.

Claims (5)

石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、複数の石炭について、それぞれの石炭を温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を個別に測定して、得られた水素ガスの合計量を相対的に比較することで、当該石炭の温度Tにおけるコークス収縮率の大小を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
A value obtained by placing coal in a container and heating it to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and dividing the volume difference or length difference between the re-solidification temperature and the temperature T by the volume or length at the re-solidification temperature. A method for estimating coke shrinkage at a temperature T of coke generated from the coal, represented by
The temperature T is a carbonization temperature when coke is obtained from coal, and was obtained by individually measuring the total amount of hydrogen gas generated when each coal was heated to the temperature T for a plurality of coals . A method for estimating a coke shrinkage ratio, comprising estimating a magnitude of a coke shrinkage ratio at a temperature T of the coal by relatively comparing the total amount of hydrogen gas.
石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、予め、温度Tにおけるコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、当該水素ガスの合計量と前記コークス収縮率との関係データを得ておき、
温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭について、温度Tまで加熱した際に発生する水素ガス合計量と前記関係データに基づき、前記温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭のコークス収縮率を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
A value obtained by placing coal in a container and heating it to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and dividing the volume difference or length difference between the re-solidification temperature and the temperature T by the volume or length at the re-solidification temperature. A method for estimating coke shrinkage at a temperature T of coke generated from the coal, represented by
The temperature T is the carbonization temperature when coke is obtained from coal, and the total amount of hydrogen gas generated when each of the plurality of test coals whose coke shrinkage at the temperature T is known is heated to the temperature T. By measuring the relationship between the total amount of the hydrogen gas and the coke shrinkage,
For a coal whose coke shrinkage at temperature T is unknown, the coke shrinkage at the temperature T is estimated based on the total amount of hydrogen gas generated when the coal is heated up to temperature T and the relational data. A method for estimating a coke shrinkage ratio, characterized in that:
石炭を容器内に入れて石炭の再固化温度以上の温度Tまで加熱し、再固化温度と温度Tとにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値で表される、その石炭から生成したコークスの温度Tにおけるコークス収縮率を推定する方法であって、
前記温度Tが、石炭からコークスを得る際の乾留温度であり、予め、温度Tにおけるコークス収縮率が既知の複数の試験用石炭について、それぞれ温度Tまで加熱した際に発生する水素ガスの合計量を測定して、当該水素ガスの合計量と前記コークス収縮率との相関式を得ておき、
温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭について、温度Tまで加熱した際に発生する水素ガス合計量に基づき、前記相関式からコークス収縮率を推定することを特徴とするコークス収縮率の推定方法。
A value obtained by placing coal in a container and heating it to a temperature T equal to or higher than the re-solidification temperature of the coal, and dividing the volume difference or length difference between the re-solidification temperature and the temperature T by the volume or length at the re-solidification temperature. A method for estimating coke shrinkage at a temperature T of coke generated from the coal, represented by
The temperature T is the carbonization temperature when coke is obtained from coal, and the total amount of hydrogen gas generated when each of the plurality of test coals whose coke shrinkage at the temperature T is known is heated to the temperature T. To obtain a correlation equation between the total amount of the hydrogen gas and the coke shrinkage,
A method of estimating a coke shrinkage ratio, comprising estimating a coke shrinkage ratio from the correlation equation based on a total amount of hydrogen gas generated when a coke shrinkage at a temperature T is unknown.
前記コークス収縮率は、石炭を入れる容器として、複数の通気孔が設けられた内部細管と外部細管との二重構造を有した試料管を用いて測定されるものであり、該試料管に石炭を装入し、ピストンを載せて所定の昇温速度で加熱しながら、加熱温度に対するピストンの上下変位を計測して、石炭の再固化温度でのピストン高さと温度Tでのピストン高さとに基づき算出されるものである請求項1〜3のいずれかに記載のコークス収縮率の推定方法。 The coke shrinkage is measured using a sample tube having a double structure of an inner thin tube provided with a plurality of vents and an outer thin tube as a container for storing coal, and the sample tube is provided with coal. , The vertical displacement of the piston with respect to the heating temperature is measured while heating the piston at a predetermined heating rate, and based on the piston height at the coal resolidification temperature and the piston height at the temperature T, The method for estimating a coke shrinkage ratio according to any one of claims 1 to 3, which is calculated. 前記温度Tは800℃以上1300℃以下である請求項1〜4のいずれかに記載のコークス収縮率の推定方法。 The method for estimating a coke shrinkage ratio according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature T is 800 ° C or higher and 1300 ° C or lower.
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