JP6879020B2 - How to estimate coke shrinkage - Google Patents
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Description
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 the coke shrinkage rate when coal is carbonized under predetermined conditions. Specifically, for example, the particle size of coke obtained by carbonizing coal can be predicted, or the strength of coke can be predicted. The present invention relates to a method for estimating the coke shrinkage rate used in the case of predicting.
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 blast furnace operation, it is necessary to stabilize the strength and particle size of coke obtained by carbonization of coal, that is, to enable the production of coke with the target strength and particle size. It has been demanded. In addition, in order to reduce the production cost of coke, it is necessary to use as much low-grade low-grade coal as possible, such as non-slightly caking coal. However, as the proportion of these coals in coking coal increases, coke grains are used. It is more important to predict the particle size and strength of the obtained coke in advance because the diameter decreases and the volume-destroying powder ratio increases.
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DI150 6-15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。
Of these, it is known that the drum strength index DI 150 15 , which is one of the indexes of coke strength, can be expressed as follows in estimating the strength of coke (see, for example, Patent Document 1).
DI 150 15 = DI 150 6 − DI 150 6-15
That is, in
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 volumetric fracture powder ratio DI 150 6-15 is estimated from the solidification temperature of the blended coal, and the surface fracture strength DI 150 6 is calculated from the weighted average of the expansion ratio or specific volume of each coal constituting the blended coal by the blending 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 formula (see Patent Document 3).
Coal particle size of compounded coal = a + b × coke shrinkage rate of compounded coal In
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 and volume breaking powder ratio of coke are determined due to macrocracks on the order of cm in the coke mass. In general, when coal is carbonized, thermal decomposition and thermal polymerization reaction of an organic polymer structure occur, and various physical phenomena occur accordingly. That is, coal softens and melts from around 400 ° C., particles adhere to each other to form a porous mass, resolidify at around 500 ° C., and then shrink to form 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 the strain of shrinkage and macrocracks are formed. Therefore, coal is used to accurately estimate the strength and particle size of coke. It is necessary to understand the coke shrinkage rate in the shrinkage process after resolidification.
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。
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から、正しく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, the coke shrinkage rate, which is the cause of volume fracture and cracks that control the coke particle size, can be directly measured. However, with this method, depending on the type of coal, the piston may be fixed by the molten coal or tar, so that the measurement may not be correct. Further, since the device itself is special, there is a problem that the coke shrinkage rate 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、コークス収縮率と石炭の揮発分(VM)との関係や、コークス収縮率と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定まらないとしている。
On the other hand, there is a report focusing on the relationship between the properties of coal and the coke shrinkage rate (see Non-Patent Document 1). In this
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する。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異なるものである。 By the way, regarding the contraction of coke, there are some that are defined by different physical quantities of interest. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-21683 (Patent Document 4), the amount of shrinkage of coke is defined as the gap (clearance) formed between the coke after carbonization and the brick wall of the coke oven. In addition to the coke shrinkage rate described above, this shrinkage is affected by at least various factors such as temperature distribution and expansion pressure, and is different from the coke shrinkage rate targeted by the present invention. is there.
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、石炭の揮発分等のような工業分析による石炭の性状や元素分析等を用いた工程分析によりコークス収縮率を推定する技術も開発されているが、十分な精度が得られずに、未だ確立されているとは言えない。
As described above, in order to further improve the estimation accuracy of coke strength and particle size, it is extremely important to grasp the coke shrinkage rate in the shrinkage process after coal solidification. According to the method described in
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、石炭を加熱した際に発生するガス(乾留ガス)のうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガス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、この関係を利用すれば、コークス収縮率の推定が可能になることから、本発明を完成させた。 Therefore, as a result of diligent studies to solve these problems, the present inventors have made a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms among the gases (carbonization gas) generated when coal is heated. We have newly found that C2-4 gas, which is C2-4 gas, has a correlation with the coke shrinkage rate, and by utilizing this relationship, it is possible to estimate the coke shrinkage rate, and thus the present invention has been completed.
したがって、本発明の目的は、炭種によらずに、また、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 capable of estimating the coke shrinkage rate more easily and without depending on the coal type.
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、
石炭を所定の昇温速度で加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスを測定して、この昇温加熱測定において発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1を求めて(但し、T1<Tである)、得られたC2-4ガス発生量V1に基づいて、当該石炭の温度Tで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。
(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、
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、石炭を所定の昇温速度で加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスを測定して、この昇温加熱測定において発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1をそれぞれ求めて(但し、T1<Tである)、各試験用石炭のC2-4ガス発生量V1と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、その昇温加熱測定においてC2-4ガスの発生量が最大になる温度T’1でのC2-4ガス発生量V’1に基づいて(但し、T’1<Tである)、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。
(3)前記C2-4ガス発生量V1の代わりに、C2-4ガスの発生量を測定した際の前記温度T1から温度T2までのC2-4ガス積算発生量V2に基づいて(但し、T1<T2≦Tである)、当該石炭の温度Tでのコークス収縮率を推定する(1)又は(2)に記載のコークス収縮率の推定方法。
(4)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T2が前記温度Tである(3)又は(4)に記載のコークス収縮率の推定方法。
(6)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)〜(5)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 resolidification temperature of coal, and the volume difference or length difference of the contents between the resolidification temperature and the temperature T is determined by the volume or length at the resolidification temperature. It is a method of estimating the coke shrinkage rate at the temperature T of the coke produced from the coal, which is expressed by the divided value.
Of the gases generated when coal is heated at a predetermined temperature rise rate, C2-4 gas, which is a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms, is measured, and the maximum amount generated in this temperature rise heating measurement. the C2-4 gas generation amount V 1 of the at temperatures T 1 to become seeking (provided that
(2) Coal is placed in a container and heated to a temperature T equal to or higher than the resolidification temperature of coal, and the volume difference or length difference of the contents between the resolidification temperature and the temperature T is determined by the volume or length at the resolidification temperature. It is a method of estimating the coke shrinkage rate at the temperature T of the coke produced from the coal, which is expressed by the divided value.
C2, which is a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms, among the gases generated when the coal is heated at a predetermined temperature rise rate for a plurality of test coals having a known coke shrinkage rate at a temperature T in advance. -4 Gas is measured, and C2-4 gas generated amount V 1 at the temperature T 1 at which the generated amount is maximized in this heating and heating measurement is obtained (however, T 1 <T), and each test is performed. advance to obtain the correlation equation between C2-4 gas generation rate V 1 and the coke shrinkage use coal,
For coal coke shrinkage unknown at the temperature T, the generation amount of C2-4 gas in its Atsushi Nobori heating measurement based on 1 'C2-4 gas generation amount V at 1' a temperature T that maximizes (where T 'is a 1 <T), the method of estimating the coke shrinkage and estimates coke shrinkage from the correlation equation.
(3) the in place of C2-4 gas generation amount V 1, on the basis of the temperatures T 1 when measuring the amount of generated C2-4 gas C2-4 gas accumulated generation amount V 2 of up to temperature T 2 (However, T 1 <T 2 ≤ T), the method for estimating the coke shrinkage according to (1) or (2) for estimating the coke shrinkage at the temperature T of the coal.
(4) The method for estimating the coke shrinkage rate according to any one of (1) to (3), wherein the temperature T is the carbonization temperature when coke is obtained from coal.
(5) The method for estimating the coke shrinkage rate according to (3) or (4), wherein the temperature T 2 is the temperature T.
(6) The coke shrinkage rate is measured by using a sample tube having a double structure of an internal thin tube and an external thin tube provided with a plurality of vents as a container for coal, and the sample. Coal is charged into the pipe, a piston is placed and heated at a predetermined temperature rise rate, and the vertical displacement of the piston with respect to the heating temperature is measured to measure the height of the piston at the resolidification temperature of coal and the height of the piston at temperature T. The method for estimating the coke shrinkage rate according to any one of (1) to (5), which is calculated based on Sato.
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C2-4ガス発生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、コークス収縮率が未知の石炭について、精度良くそれを推定することができるようになる。 According to the present invention, the coke shrinkage rate can be estimated more easily with any coal. In particular, if a correlation equation is obtained in advance between the amount of C2-4 gas generated when coal is heated to a predetermined temperature and the coke shrinkage rate, and this correlation equation is used, the coke shrinkage rate is unknown. It will be possible to estimate it accurately for coal.
このように、汎用的に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で、例えば、石炭を乾留して得られるコークスの粒径や体積破壊の算出(推定)に利用することができて、その精度を高めることができ、コークス強度の予測を含めて、高炉操業の更なる効率化、安定化を図ることができ、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である。 In this way, by being able to estimate the coke shrinkage rate for general purposes, it can be used, for example, to calculate (estimate) the particle size and volume breakdown of coke obtained by carbonizing coal. , The accuracy can be improved, the efficiency and stabilization of blast furnace operation can be further improved, including the prediction of coke strength, and the use of relatively inexpensive coal such as non-slightly caking coal has increased. It is extremely useful in the production of coke for blast furnaces.
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, which is the subject of the present invention, is measured by the method described in
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〔図1(a)〕。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〔図1(b)、(a)〕、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〔図1(b)〕。
This device can raise the temperature to a temperature (1300 ° C) higher than that of a normal dilatometer for testing the expandability of coal, and has a double structure of an internal
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〔図1(b)〕。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 the
R = (h-h') / 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(又は容積、以下同様)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(以下、試料長さと記す)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℃程度の領域において、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ることができる。
Here, in specifying the resolidification temperature when coal is heated by this measurement, as shown in
図2(a)には、ある銘柄の石炭のコークス収縮率を測定した際の試料長さと温度との関係が示されており、約400℃で石炭は軟化溶融し、その後ピストンが沈下して試料長さが減少している様子が分かる。また、図2(b)は470℃近傍における温度上昇に伴う試料長さ変化を拡大したものであり、470℃を境に試料長さ変動の挙動が大きく変わり、長さが急激に低下していることから、この石炭の再固化温度と特定される。
なお、図2(c)は、再固化温度における試料長さを1とし、各温度における相対長さを計算したものであり、図2(d)は、試料長さの温度変化率を示したものである。この図2(d)に示されるように、単位温度変化あたりの相対長さの変化である収縮係数(-/K)は、再固化直後が最も大きい。また、約700℃には収縮係数の極大値が存在するが、これは水素離脱に伴うものと考えられる。
FIG. 2A shows the relationship between the sample length and the temperature when the coke shrinkage rate of a certain brand of coal is measured. At about 400 ° C., the coal softens and melts, and then the piston sinks. It can be seen that the sample length is decreasing. Further, FIG. 2B is an enlargement of the sample length change due to the temperature rise in the vicinity of 470 ° C. The behavior of the sample length fluctuation changes significantly at the boundary of 470 ° C, and the length decreases sharply. Therefore, it is identified as the resolidification temperature of this coal.
Note that FIG. 2C shows the relative length calculated at each temperature with the sample length at the solidification temperature as 1, and FIG. 2D shows the temperature change rate of the sample length. It is a thing. As shown in FIG. 2 (d), the shrinkage coefficient (-/ K), which is the change in relative length per unit temperature change, is the largest immediately after resolidification. In addition, there is a maximum value of the shrinkage coefficient at about 700 ° C., which is considered to be associated with hydrogen desorption.
一方、温度Tについては、石炭の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。例えば、JIS M8812:2004で規定する石炭類及びコークス類−工業分析法における灰分定量方法では815℃に加熱し、揮発分定量法では900℃に加熱することなどから、これらを勘案して、好ましくは800℃以上1300℃以下であるのがよい。より好適には、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から、石炭からコークスを得る際の乾留温度とするのがよく、具体的には900℃以上1100℃以下であるのがよい。 On the other hand, the temperature T can be arbitrarily set as long as the temperature is equal to or higher than the coal solidification temperature. For example, in the coal and coke-industrial analysis method specified in JIS M8812: 2004, the ash content is heated to 815 ° C., and in the volatile content determination method, the temperature is 900 ° C., which is preferable in consideration of these factors. Is preferably 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. More preferably, since the obtained coke shrinkage rate is used for estimating the particle size and strength of coke, it is preferable to set it as the carbonization temperature when coke is obtained from coal, specifically, 900 ° C. or higher and 1100. It should be below ° C.
本発明は、上述した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。
本発明者らは、コークス(又はセミコークス)の収縮現象は、石炭が軟化溶融し、再固化して生じるものであり、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も関係することから、石炭を加熱した際に発生したガスの量やその挙動を調べることで、収縮の現象を捉えることができると考えた。そこで、先ずは、石炭を不活性雰囲気で加熱した際に発生するガスのうち、石炭構造の分解に直接関係すると考えられる炭化水素系ガス(HCガス)の発生量に基づいて、コークス収縮率を推定することを試みた。ところが、これらに有意な相関性は認められなかった。
In the present invention, the above-mentioned coke shrinkage rate is obtained (estimated) without using the apparatus shown in FIG.
The present inventors have stated that the shrinkage phenomenon of coke (or semi-coke) occurs when coal is softened and melted and resolidified, and moreover, a part of coke (or semi-coke) is partially resolidified by heating. Since it is also related to desorption as gas, we thought that the phenomenon of shrinkage could be grasped by investigating the amount of gas generated when coal was heated and its behavior. Therefore, first, among the gases generated when coal is heated in an inert atmosphere, the coke shrinkage rate is determined based on the amount of hydrocarbon gas (HC gas) generated, which is considered to be directly related to the decomposition of the coal structure. I tried to estimate. However, no significant correlation was found between them.
この理由について検討する上で、石炭を1000℃まで昇温加熱した際に発生する炭素数1の炭化水素系ガス(CH4)と炭素数2〜4の炭化水素系ガス(以下、C2-4ガスという)とのそれぞれの発生挙動を調べたところ、図3に示したような結果が得られた。すなわち、C2-4ガスの発生量が最大になるピークに比べて、CH4の発生量が最大になるピークは高温側になり、しかも、ガス発生量はCH4の方が圧倒的に多い。この点について、CH4の発生には炭化水素の2次分解や3次分解等が含まれることから、CH4の発生量が石炭の構造をそのまま反映するものではないと推測される。 In examining the reason for this, a hydrocarbon-based gas having 1 carbon atom (CH 4 ) and a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms (hereinafter referred to as C2-4) generated when coal is heated to 1000 ° C. As a result of investigating the generation behavior of each of them (called gas), the results shown in FIG. 3 were obtained. That is, compared to the peak in which the amount of C2-4 gas generated is maximum, the peak in which the amount of CH 4 is generated is on the high temperature side, and the amount of gas generated is overwhelmingly larger in CH 4. Regarding this point, since the generation of CH 4 includes secondary decomposition and tertiary decomposition of hydrocarbons, it is presumed that the amount of CH 4 generated does not directly reflect the structure of coal.
ちなみに、事前に石英製の炉心管(約80ml)内に設置した石炭試料(約50mg)を窒素ガス流通下で1000℃まで6℃/minで昇温加熱し、発生したガスを赤外分光分析装置に窒素ガスをキャリヤー(100ml/min)として連続して導入すると共に、ガスを分析装置に導入する前段にはタール成分を取り除くフィルターを挿入して、これにより測定される炭化水素成分を調べたところ、炭素数が1〜4までのものがほとんどとなり、代表的には、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C3H6、C4H10である。 By the way, a coal sample (about 50 mg) installed in a quartz core tube (about 80 ml) in advance is heated to 1000 ° C at 6 ° C / min under nitrogen gas flow, and the generated gas is analyzed by infrared spectroscopy. Nitrogen gas was continuously introduced into the device as a carrier (100 ml / min), and a filter for removing the tar component was inserted before the gas was introduced into the analyzer, and the hydrocarbon component measured by this was investigated. However, most of them have 1 to 4 carbon atoms, and are typically CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 3 H 8 , C 3 H 6 , and C 4 H 10 .
そこで、銘柄の異なる石炭(石炭A〜F)を室温から1000℃まで昇温加熱した際に発生するC2-4ガスの全発生量とコークス収縮率との関係を確認したところ、図4に示したように、これらには一応の相関が認められるものの(決定係数R2=0.7812)、従来知られている各石炭の揮発分(VM)とコークス収縮率との相関性とさほど変わらない結果であった。ちなみに、図13に示したグラフが石炭A〜Fの揮発分(VM)とコークス収縮率との関係を示すものである。 Therefore, we confirmed the relationship between the total amount of C2-4 gas generated when coals of different brands (coals A to F) were heated from room temperature to 1000 ° C. and the coke shrinkage rate. As shown, although there is a tentative correlation between them (coefficient of determination R 2 = 0.7812), the results are not so different from the conventionally known correlation between the volatile matter (VM) of each coal and the coke shrinkage rate. there were. Incidentally, the graph shown in FIG. 13 shows the relationship between the volatile matter (VM) of coals A to F and the coke shrinkage rate.
ところで、図4に示したような相関性を調べるにあたっては、石炭を1000℃まで昇温加熱した際に発生するHCガスのIR吸収スペクトルは図5のようになり(図中のSample)、CH4標準ガスのIR吸収スペクトルと比較すると、赤外線吸収波数2820cm−1〜2880cm−1(C-Hの伸縮振動に起因する吸収域の一部)の吸収波数域では、CH4由来の吸収ピーク(赤外線吸収波数2880cm-1〜3180cm-1)をほとんど含まない。そのため、石炭を加熱して発生するHCガスの上記赤外線吸収波数(2820cm-1〜2880cm-1)での吸光度の面積値を求めて、この吸収強度をC2-4ガスの発生量とし、石炭を昇温加熱しながらこのC2-4ガスの発生量を連続測定して、加熱温度とC2-4ガスの発生量との関係を求めた。図6には、このようにして求めた石炭A〜FのC2-4ガスの発生挙動が示されている。なお、図6では300℃から600℃までの範囲を拡大して示しているが、実際には石炭を室温から1000℃まで昇温加熱しながら測定を行った。また、比較のために、CH4由来の吸収ピークを含む赤外線吸収波数2820cm−1〜2997cm−1での吸光度の面積値を求めて、炭化水素系ガスの発生量としてコークス収縮率との関係を示したものが図14である。これは、前述のとおり相関性に劣るものであった。 By the way, in investigating the correlation as shown in FIG. 4, the IR absorption spectrum of the HC gas generated when the coal is heated to 1000 ° C. is as shown in FIG. 5 (Sample in the figure), and CH. 4 Compared with the IR absorption spectrum of the standard gas, in the absorption wave number range of the infrared absorption wave number 2820 cm -1 to 2880 cm -1 (a part of the absorption range caused by the expansion and contraction vibration of CH), the absorption peak derived from CH 4 ( Infrared absorption wave number 2880cm -1 to 3180cm -1 ) is hardly included. Therefore, the area value of the absorbance of the HC gas generated by heating coal at the above infrared absorption wave number (2820 cm -1 to 2880 cm -1 ) is obtained, and this absorption intensity is used as the amount of C2-4 gas generated, and coal is used. The amount of C2-4 gas generated was continuously measured while heating at a high temperature, and the relationship between the heating temperature and the amount of C2-4 gas generated was determined. FIG. 6 shows the generation behavior of C2-4 gas of coals A to F thus obtained. Although the range from 300 ° C. to 600 ° C. is enlarged in FIG. 6, the measurement was actually performed while heating the coal from room temperature to 1000 ° C. In addition, for comparison, the area value of the absorbance at an infrared absorption wave number of 2820 cm -1 to 2997 cm -1 , including the absorption peak derived from CH 4 , was obtained, and the relationship with the coke shrinkage rate as the amount of hydrocarbon gas generated was determined. What is shown is FIG. This was inferior in correlation as described above.
この図6に示された、石炭を昇温加熱した際に発生するC2-4ガスの発生量と昇温加熱の温度との関係を示すグラフによれば、C2-4ガスの発生量が最大になる温度は炭種によって変わるものの、加熱温度に対するC2-4ガスの発生挙動は似たような傾向を示す。そこで、各石炭を上記のような昇温加熱測定して、そのときにC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1と、それぞれの石炭の再固化温度との関係を調べたところ、図7に示したように、極めて良好な相関を示すことが分かった。なお、ここで言う石炭の再固化温度は、上述したように、高温ジラトメータを用いてコークス収縮率を測定した際に、試料長さ変動の挙動が変化した温度により求めたものである。 According to the graph shown in FIG. 6 showing the relationship between the amount of C2-4 gas generated when the coal is heated and heated and the temperature of the heating and heating, the amount of C2-4 gas generated is the maximum. Although the temperature at which it becomes is different depending on the coal type, the generation behavior of C2-4 gas with respect to the heating temperature shows a similar tendency. Therefore, when each coal was measured by heating and heating as described above, the relationship between the temperature T 1 at which the amount of C2-4 gas generated at that time was maximized and the resolidification temperature of each coal was investigated. As shown in FIG. 7, it was found that the correlation was extremely good. As described above, the coal solidification temperature referred to here is determined by the temperature at which the behavior of sample length fluctuation changes when the coke shrinkage rate is measured using a high-temperature dilatometer.
そこで、この知見に基づいて、石炭A〜Fについて、上記のような昇温加熱測定によりC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1とコークス収縮率との関係を調べると、図8に示したようになり(決定係数R2=0.8981)、先の図4で示したC2-4ガスの全発生量とコークス収縮率との関係に比べて、相関性が向上することが分かった。すなわち、石炭を昇温加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスの発生量を測定して、その発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1を求めれば(図6には石炭Fの場合のT1とV1とが示されている)、得られたC2-4ガス発生量V1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推定が可能になる(但し、T1<Tである)。なお、図4及び図8におけるコークス収縮率は、上述した高温ジラトメータを用いて石炭を室温から1000℃まで昇温加熱して求めたものである。 Therefore, based on this finding, for coals A to F, C2-4 gas generation amount V 1 and coke shrinkage at the temperature T 1 where the C2-4 gas generation amount is maximized by the above-mentioned temperature rise and heating measurement. The relationship with the rate is as shown in Fig. 8 (coefficient of determination R 2 = 0.8981), which is compared with the relationship between the total amount of C2-4 gas generated and the coke shrinkage rate shown in Fig. 4 above. , It was found that the correlation was improved. That is, among the gases generated when coal is heated and heated, the amount of C2-4 gas, which is a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms, is measured, and the temperature T at which the amount of generation is maximized. If the C2-4 gas generation amount V 1 in 1 is obtained (T 1 and V 1 in the case of coal F are shown in FIG. 6), it is based on the obtained C2-4 gas generation amount V 1. Therefore, it is possible to estimate the coke shrinkage rate at the temperature T of the coal (however, T 1 <T). The coke shrinkage rate in FIGS. 4 and 8 was obtained by heating coal by heating it from room temperature to 1000 ° C. using the above-mentioned high-temperature dilatometer.
また、本発明において、好ましくは、上記のような石炭の昇温加熱測定における温度T1でのC2-4ガス発生量V1の代わりに、温度T1から温度T2までの昇温加熱の間に発生したC2-4ガスの積算発生量V2を用いるようにするのがよく(但し、T1<T2≦Tである)、これにより、その石炭の温度Tでのコークス収縮率の推定の精度をより高めることができるようになる。 In the present invention, preferably, in place of C2-4 gas generation amount V 1 of the at temperatures T 1 in the temperature elevation heating measurement of coal as described above, from the temperatures T 1 to a temperature T 2 of the heating heating It is better to use the integrated amount V 2 of C2-4 gas generated in the meantime (however, T 1 <T 2 ≤ T), so that the coke shrinkage rate of the coal at the temperature T is The accuracy of estimation can be improved.
すなわち、図9には、図6に示した石炭A〜FのC2-4ガスの発生量と昇温加熱の温度との関係のうち、昇温加熱測定においてそれぞれの石炭のC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1から温度T2=500℃までに発生した各石炭のC2-4ガス積算発生量V2とコークス収縮率との関係、同じく温度T1から温度T2=600℃までに発生した各石炭のC2-4ガス積算発生量V2とコークス収縮率との関係、及び、同じく温度T1から温度T2=700℃までに発生した各石炭のC2-4ガス積算発生量V2とコークス収縮率との関係が示されており、いずれも図8に示した、温度T1でのC2-4ガス発生量V1を用いた場合よりもコークス収縮率との相関性が向上している(T2=500℃での決定係数R2=0.9402、T2=600℃での決定係数R2=0.9558、T2=700℃での決定係数R2=0.9795)。最も好ましくは、図10に示したように、高温ジラトメータを用いてコークス収縮率を測定する際に再固化温度以上の温度Tまで加熱する温度Tを温度T2とするのがよく(図10の例ではT=T2=1000℃)、コークス収縮率との相関性がより向上する(決定係数R2=0.9892)。
That is, in FIG. 9, among the relationships between the amount of C2-4 gas generated in the coals A to F shown in FIG. 6 and the temperature of the heating and heating, the C2-4 gas of each coal is measured in the heating and heating measurement. Relationship between C2-4 cumulative gas generation amount V 2 of each coal generated from temperature T 1 to temperature T 2 = 500 ° C, which is the maximum amount of generation, and coke shrinkage rate, and temperature T 1 to temperature T 2 = 600 relationship with C2-4 gas accumulated generation amount V 2 and coke shrinkage rate of each coal that occurred up ° C., and, likewise C2-4 gas accumulated in the coal that occurred from temperatures T 1 to a
本発明において、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にあたり、より具体的には、例えば、複数の石炭について上記のような昇温加熱測定により温度T1でのC2-4ガス発生量V1をそれぞれ求めて、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するほか、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、それぞれ上記温度T1でのC2-4ガス発生量V1を求めて、各C2-4ガス発生量V1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、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。 In the present invention, when estimating the coke shrinkage at a temperature T of the coke produced from the coal, and more specifically, for example, a plurality of coal at temperatures T 1 by heating the heating measurement as described above C2-4 In addition to obtaining the amount of gas generated V 1 and comparing them relative to each other to estimate the magnitude of the coke shrinkage rate, the above-mentioned temperatures for a plurality of test coals having a known coke shrinkage rate at the temperature T, respectively. Obtain the C2-4 gas generation amount V 1 at T 1 , obtain the relational data by plotting each C2-4 gas generation amount V 1 and the coke shrinkage rate on a graph, and obtain the relational data, and obtain the coke at the temperature T. For new coal whose shrinkage rate is unknown, the coke shrinkage rate may be estimated.
なかでも、好ましくは、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、上記のようにして、予め、各試験用石炭のC2-4ガス発生量V1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ることから、温度Tにおけるコークス収縮率が未知の石炭のC2-4ガスの発生量を昇温加熱しながら測定して、その発生量が最大になる温度T’1でのC2-4ガス発生量V’1を求めることで、特許文献3に記載されるような装置を用いることなく、いかなる炭種に対しても簡便に、かつ精度良くコークス収縮率を推定することができる。なお、このような相関式を得る際に、上述したようにC2-4ガス発生量V1の代わりに、C2-4ガス積算発生量V2を用いるようにしてもよく、その場合には、コークス収縮率が未知の石炭の温度T’1から温度T2までのC2-4ガス積算発生量V’2を求めることで、更にその推定精度を高めることができるようになる。
Among them, correlations Preferably, the coke shrinkage for a plurality of known test coal at a temperature T, as described above, previously, a C2-4 gas generation amount V 1 and coke shrinkage rate of each test coal It is better to get the formula. Since the correlation equation thus obtained can be repeatedly used for a plurality of coals having an unknown coke shrinkage rate at a temperature T, a coal having an unknown coke shrinkage rate at a temperature T can be used repeatedly. the generation amount of C2-4 gas was measured while elevating the heating, by obtaining the 1 'C2-4 gas generation amount V at 1' a temperature T which the generation amount is maximized, it is described in
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望ましい。 As for the test coal whose coke shrinkage rate at the temperature T is known to be prepared for obtaining such a correlation equation, it is preferable to prepare a plurality of test coals having different production areas and brands and different coke shrinkage rates, preferably. It is good to prepare 5 or more. At that time, since the coke shrinkage rate is generally about 10 to 18%, it is desirable to include those on the upper limit side and the lower limit side of this numerical range.
また、本発明において、石炭を昇温加熱してC2-4ガスの発生量を測定する手法としては、少なくとも、昇温加熱測定によりC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1を求めることができるものであればよく、例えば、加熱開始温度(室温)から加熱終了温度(T)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ながら、マススペクトルやガスクロマトグラフィーによりC2-4ガスを測定するようにすることも可能であるが、好ましくは、その発生量が最大になる温度T1を正確に求めることができるように、上述したように、石炭を昇温加熱しながらIR吸収スペクトルを連続測定できるものであるのがよい。 Further, in the present invention, as a method of measuring the amount of C2-4 gas generated by heating and heating coal, at least the temperature T 1 at which the amount of C2-4 gas generated is maximized is obtained by the temperature heating and heating measurement. Anything that can be used is sufficient. For example, C2-4 gas is produced by mass spectrum or gas chromatography while storing the gas generated from the heating start temperature (room temperature) to the heating end temperature (T) in a gas sampling bag or the like. Although it is possible to measure it, preferably, as described above, the IR absorption spectrum while heating the coal while heating the coal so that the temperature T 1 at which the generated amount is maximized can be accurately obtained. Should be able to measure continuously.
すなわち、好適には、石炭の乾留反応の解析に用いられるガスモニタリング装置(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.)を使って、発生したC2-4ガスを連続的に測定するのがよい。図11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。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、石炭を昇温加熱して発生するC2-4ガスを連続的に測定することができる。
That is, preferably, a gas monitoring device used for analysis of coal carbonization reaction (Nishito et al. (2010). Analysis of coal carbonization reaction by gas monitoring and continuous measurement of coke oven generated gas Nippon Steel Technical Report No. 390, 101 -111.) Is used to continuously measure the generated C2-4 gas. FIG. 11 shows an overall schematic view of this gas monitoring device. In this device, a sample (coal) is flowed through a
また、本発明においては、石炭を所定の昇温速度で昇温加熱してC2-4ガスを測定する際に、実際のコークス炉での操業状態を模した条件となるようにするのが望ましい。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前後であるが、昇温速度が大きく変わるとガスの発生率が変化する場合もあることから、C2-4ガスを測定する際の昇温速度は、好ましくは3℃/min以上10℃/min以下であるのがよく、より好ましくは3℃/min以上6℃/min以下であるのがよい。高温ジラトメータを用いてコークス収縮率を測定する場合についても同様である。 Further, in the present invention, when the C2-4 gas is measured by heating the coal at a predetermined heating rate, it is desirable that the conditions are such that the operating state in the actual coke oven is imitated. .. Generally, the rate of temperature rise of coal in carbonization in a coke oven is around 3 ° C / min, but since the rate of gas generation may change if the rate of temperature rise changes significantly, C2-4 gas is measured. The rate of temperature rise is preferably 3 ° C./min or more and 10 ° C./min or less, and more preferably 3 ° C./min or more and 6 ° C./min or less. The same applies to the case where the coke shrinkage rate is measured using a high temperature dilatometer.
ちなみに、図12には、図11に示したガスモニタリング装置を使用して、昇温速度3℃/minで石炭を昇温加熱した場合と昇温速度6℃/minで石炭を昇温加熱した場合とでガスの発生挙動を比較したものが示されている。図12(a)はC2-4ガスの発生量を示すものであり、図12(b)はCH4の発生量を示すものであり、いずれもガスの発生量や発生パターンに変化はない。また、少なくとも昇温速度が10℃/minの場合でも、ガスの発生量や発生パターンに特段の変化はなく、コークス収縮率の推定に影響はないことを確認した。なお、3℃/minは6℃/minに比べて昇温速度が1/2であり、時間あたりの発生量は1/2になるため、図12のグラフの横軸を加熱温度で整理する際には、いずれもガスの発生量を2倍にしている。 By the way, in FIG. 12, the gas monitoring device shown in FIG. 11 was used to heat the coal at a heating rate of 3 ° C./min and to heat the coal at a heating rate of 6 ° C./min. A comparison of gas generation behavior between cases is shown. FIG. 12A shows the amount of C2-4 gas generated, and FIG. 12B shows the amount of CH 4 generated, and there is no change in the amount of gas generated or the pattern of generation. Further, it was confirmed that even when the temperature rising rate was at least 10 ° C./min, there was no particular change in the amount of gas generated and the pattern of generation, and there was no effect on the estimation of the coke shrinkage rate. Since the heating rate of 3 ° C./min is 1/2 that of 6 ° C./min and the amount generated per hour is halved, the horizontal axis of the graph in FIG. 12 is arranged by the heating temperature. In each case, the amount of gas generated is doubled.
また、本発明において、石炭を昇温加熱してC2-4ガスを測定する際には、室温から加熱を開始してもよいが、一般に炭化水素系ガス(HCガス)の発生はおよそ250℃からはじまることから、作業効率を考慮して、少なくとも200℃を加熱開始温度としても構わない。一方、加熱終了温度としては温度T(好適には乾留温度)まで加熱してもよいが、C2-4ガスの発生量が最大になる温度T1で終了したり、温度T2で終了することでも構わない。 Further, in the present invention, when the C2-4 gas is measured by heating the coal by raising the temperature, the heating may be started from room temperature, but in general, the generation of hydrocarbon gas (HC gas) is about 250 ° C. In consideration of work efficiency, at least 200 ° C. may be set as the heating start temperature. On the other hand, as the heating end temperature, heating may be performed up to a temperature T (preferably a carbonization temperature), but the temperature T 1 at which the amount of C2-4 gas generated is maximized or the temperature T 2 is used. But it doesn't matter.
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して、配合炭のコークス収縮率を推定することもできる。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、体積破壊やコークス強度の推定に利用すれば、より精度の高い結果を得ることができるようになる。
Further, the coke shrinkage rate of each simple coal used for compounding is obtained by the method of the present invention, and the coke shrinkage rate of each obtained simple coal is weighted averaged according to the compounding ratio to obtain the coke shrinkage rate of the compounded coal. Can also be estimated. Therefore, based on the coke shrinkage rate of the blended coal thus obtained, for example, the particle size of coke can be estimated by the method described in
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する石炭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 according to the 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 ash under the conditions specified in the industrial analysis method of JIS M8812, and the volatile content (dry.%). ) Is obtained by the volatile matter quantification method also specified in the industrial analysis method of JIS M 8812.
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。
For these coals A to F, the coke shrinkage rate at a temperature T = 1000 ° C. was determined as follows using the apparatus (high temperature dilatometer) shown in FIG. That is, the internal
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℃/min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(試料長さ)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試料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, a paper (thin sheet) 11 having a thickness of about 50 μm is charged along the inner circumference of the internal
また、これらの石炭A〜Fをそれぞれ室温から温度T=1000℃まで加熱した際に発生するC2-4ガスの発生量を図11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。
Further, the amount of C2-4 gas generated when each of these coals A to F is heated from room temperature to a temperature T = 1000 ° C. is measured as follows using the gas monitoring device shown in FIG. did.
A 50
石炭試料25から発生したHCガスは、光路長2cmのFT-IRのガス測定用セル28で連続的に測定され(測定間隔は1秒)、その際、赤外線吸収波数2820cm−1〜2880cm−1の吸収波数域を選択して、その吸収波数域での吸光度(面積値)がコンピュータ30に連続的に記録されるようにした。そして、この面積値が上記吸収波数域での吸収強度を示すことから、これをC2-4ガスの発生量として、石炭を昇温加熱してこのC2-4ガスの発生量を連続測定することで、各石炭の加熱温度とC2-4ガスの発生量との関係を求めた。結果は先の図6に示したとおりである。
The HC gas generated from the
そして、石炭A〜Fについて、上記で得られた図6より、それぞれC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1、その温度T1でのC2-4ガス発生量V1、及び、温度T1から温度T2(=1000℃)までのC2-4ガス積算発生量V2を求めて、これらについて、C2-4ガスの発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1とコークス収縮率との関係を調べたところ先の図8に示したとおりであり、また、温度T1から温度T2(=1000℃)までのC2-4ガス積算発生量V2とコークス収縮率との関係は先の図10に示したとおりであった。これらはいずれも良好な相関性を有しており、コークス収縮率をx(横軸)とし、ガス発生量をy(縦軸)とすると、図8は下記式(2)の相関式で表すことができ、図10は下記式(3)の相関式で表すことができる。
y=70.8x+74.4 ・・・(2)
y=0.101x−0.536 ・・・(3)
Then, the coal to F, from 6 obtained above, temperatures T 1 generation amount of each C2-4 gas is maximized, C2-4 gas generation amount V 1 of the at that temperature T 1 and, C2-4 gas integrated amount generated from temperature T 1 to temperature T 2 (= 1000 ° C) V 2 is obtained, and for these, C2-4 gas at temperature T 1 where the amount of C2-4 gas generated is maximized. The relationship between the generated amount V 1 and the coke shrinkage rate is as shown in Fig. 8 above, and the C2-4 gas integrated generated amount V from temperature T 1 to temperature T 2 (= 1000 ° C). The relationship between 2 and the coke shrinkage rate was as shown in FIG. All of these have a good correlation, and when the coke shrinkage rate is x (horizontal axis) and the amount of gas generated is y (vertical axis), FIG. 8 is represented by the correlation equation of the following equation (2). This can be done, and FIG. 10 can be represented by the correlation equation of the following equation (3).
y = 70.8x + 74.4 ... (2)
y = 0.101x-0.536 ... (3)
そこで、下記表2に示した性状を有し、1000℃におけるコークス収縮率が未知の石炭Gについて、上記と同様にして室温から1000℃まで昇温速度6℃/minで加熱したときに発生したC2-4ガスの発生量を測定して、その発生量が最大になる温度T’1、その温度T’1でのC2-4ガス発生量V’1、及び、温度T’1から温度T2(=1000℃)までのC2-4ガス積算発生量V’2を調べたところ、表2に示したとおりであった。そして、上記で得られた図8に係る相関式(2)を用いてコークス収縮率を求めたところ、推定値は14.9%であった。同様に、図10に係る相関式(3)を用いてコークス収縮率を求めたところ、推定値は14.6%であった。
Therefore, it occurred when coal G having the properties shown in Table 2 below and whose coke shrinkage at 1000 ° C. was unknown was heated from room temperature to 1000 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min in the same manner as above. C2-4 by measuring the amount of gas generated, the temperature T '1, the temperature T' of the generation amount is maximized C2-4 gas generation amount V at 1 '1 and the temperature T'
この石炭Gについて、石炭A〜Fのコークス収縮率を測定した先の装置(高温ジラートメータ)を用いて、実際にコークス収縮率を測定したところ、14.6%であった。すなわち、上記で得られた相関式(2)、(3)を用いたいずれに場合にも、実測値に近いコークス収縮率を推定することができ、特に相関式(3)を用いた場合には極めて精度良く推定できることが分かった。 When the coke shrinkage of the coal G was actually measured using the above-mentioned device (high temperature dilatometer) for measuring the coke shrinkage of the coals A to F, it was 14.6%. That is, in either case of using the correlation equations (2) and (3) obtained above, the coke shrinkage rate close to the measured value can be estimated, and especially when the correlation equation (3) is used. Was found to be extremely accurate.
以上のとおり、石炭を昇温加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスの発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1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、C2-4ガス発生量V1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ができる。或いは、例えば、複数の石炭について、それぞれの温度T1でのC2-4ガス発生量V1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可能であり、コークスの粒径や強度の予測に使用するのみならず、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, among the gas generated upon heating temperature of the coal, C2-4 generation of C2-4 gas is hydrocarbon gas having 2 to 4 carbon atoms is at temperatures T 1 is maximized Since the amount of gas generated V 1 has a correlation with the coke shrinkage rate at the temperature T of the coal, the C2-4 amount of gas generated V 1 and the coke shrinkage rate can be calculated without calculating the above correlation formula. As long as it is plotted on a graph, the coke shrinkage rate can be estimated for a new coal whose coke shrinkage rate at temperature T is unknown. Alternatively, for example, a plurality of coal, by measuring the C2-4 gas generation amount V 1 of the at each temperature T 1, it is also possible to estimate the magnitude of their relatively compared to coke shrinkage , Not only used for predicting the particle size and strength of coke, but also various usage forms are expected in the production of coke for blast furnaces.
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。 1: Coal 2: Internal thin tube 3: External thin tube 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: Core tube, 25: Sample (coal), 26: Tubular electric furnace, 27: Tar trap, 28: Gas measurement cell, 29: Fourier transform infrared spectroscope (FT-IR), 30: Computer.
Claims (6)
複数の石炭について、石炭を所定の昇温速度で加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスを測定して、この昇温加熱測定において発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1をそれぞれ求めて(但し、T1<Tである)、得られたC2-4ガス発生量V1 を相対的に比較することで、当該各石炭の温度Tでの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 putting coal in a container and heating it to a temperature T equal to or higher than the resolidification temperature of coal, and dividing the volume difference or length difference of the contents between the resolidification temperature and the temperature T by the volume or length at the resolidification temperature. It is a method of estimating the coke shrinkage rate at the temperature T of the coke produced from the coal, which is represented by.
Of the gases generated when coal is heated at a predetermined temperature rise rate for a plurality of coals, C2-4 gas, which is a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms, is measured, and this temperature rise heating measurement is performed. seeking respectively C2-4 gas generation amount V 1 of the at temperatures T 1 where the amount generated is maximized in (but, T 1 is a <T), relatively C2-4 gas generation amount V 1 obtained A method for estimating the coke shrinkage rate, which comprises estimating the magnitude of the coke shrinkage rate at the temperature T of each coal by comparison.
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、石炭を所定の昇温速度で加熱した際に発生するガスのうち、炭素数が2〜4の炭化水素系ガスであるC2-4ガスを測定して、この昇温加熱測定において発生量が最大になる温度T1でのC2-4ガス発生量V1をそれぞれ求めて(但し、T1<Tである)、各試験用石炭のC2-4ガス発生量V1と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、その昇温加熱測定においてC2-4ガスの発生量が最大になる温度T’1でのC2-4ガス発生量V’1に基づいて(但し、T’1<Tである)、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 putting coal in a container and heating it to a temperature T equal to or higher than the resolidification temperature of coal, and dividing the volume difference or length difference of the contents between the resolidification temperature and the temperature T by the volume or length at the resolidification temperature. It is a method of estimating the coke shrinkage rate at the temperature T of the coke produced from the coal, which is represented by.
C2, which is a hydrocarbon-based gas having 2 to 4 carbon atoms, among the gases generated when the coal is heated at a predetermined temperature rise rate for a plurality of test coals having a known coke shrinkage rate at a temperature T in advance. -4 Gas is measured, and C2-4 gas generated amount V 1 at the temperature T 1 at which the generated amount is maximized in this heating and heating measurement is obtained (however, T 1 <T), and each test is performed. advance to obtain the correlation equation between C2-4 gas generation rate V 1 and the coke shrinkage use coal,
For coal coke shrinkage unknown at the temperature T, the generation amount of C2-4 gas in its Atsushi Nobori heating measurement based on 1 'C2-4 gas generation amount V at 1' a temperature T that maximizes (where T 'is a 1 <T), the method of estimating the coke shrinkage and estimates coke shrinkage from the correlation equation.
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