JP7393652B2 - コークスの平均粒径予測方法 - Google Patents
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Description
(ステップS1)
試験コークス炉で乾留したコークスケーキを、コークス塊に分断する前に(つまり、乾留容器に入れた状態で)例えば三次元医療用X線CTで撮像する。三次元医療用X線CTで撮像することにより、コークスケーキの亀裂形状に関する情報を三次元的に取得することができる。
次に、ステップS1で取得した亀裂形状を画像解析することによって、亀裂面を取得するとともに、亀裂面の面積を算出する。画像解析には、公知の方法を用いることができる。例えば、三次元画像解析ソフトウェアのAvizoを用いて、以下のステップS2-1~2-4の手順で画像解析を行うことができる。
ステップS2-1において、撮像した画像に対して画像処理(例えば、輝度値の違いに基づいた2値化処理)を施し、コークスの部分と亀裂(空間)の部分とに分離する。2値化処理では、例えば、コークスの部分を黒、亀裂の部分を白に分離することができる。ただし、色分けの方法はこれに限るものではなく、他の色であってもよい。図1の(a)は、分離後のコークスと亀裂とを二次元で模式的に表したものであるが、実際には、三次元的な画像データが得られる。なお、以下の説明で引用する図1の(b)~図1の(d)も図1の(a)と同様に二次元的な模式図であるが、実際には三次元的な画像データが得られる。
ステップS2-2において、コークスの部分を更に塊毎に分離する分離処理を行う。ここで、図1の(b)に図示するように、コークス塊Aは、一見一つの塊のように見えるが、内部に亀裂xを有しており、落下衝撃または回転衝撃等の衝撃を与えると亀裂xを起点として二つに分かれる。そこで、一見一つの塊に見えるようなコークス塊であっても、亀裂xを有するものは、衝撃を受けた際に分断すると見做し、異なる塊と判別する。本ステップにおける分離処理には、画像内の粒子のそれぞれを別々のものとして識別するための処理を行うWatershedアルゴリズム(非特許文献:Beucher and Meyer. The morphological approach to segmentation: the watershed transformation. Mathematical morphology in image processing; 34, 433-81 (1993).参照)を用いることができる。
分離されたコークス塊毎に膨張処理を均等に施し、亀裂を埋める画像処理を行う。これにより、ステップS2-2で分離されたコークス塊間に形成される境界の部位を抽出する(図1の(c)参照)。
ステップS2-3で抽出した境界の部位と、ステップS2-1における亀裂の部位とを比較し、当該境界の部位であってかつ当該亀裂の部位に位置する面を亀裂面として抽出する(図1の(d)参照)。
ステップS2-4で抽出した亀裂面の面積を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積により規格化してSallを算出する。
種類が互いに異なる複数のコークスについてそれぞれ、上述のステップS1及びS2を実行して、それぞれのコークスについてSallを算出する。ここで、種類が異なるコークスとは、配合炭の配合条件(石炭の銘柄、配合比、嵩密度等)や加熱条件(昇温速度や到達温度、加熱時間)が互いに異なるコークスのことである。また、それぞれのコークスについて、回転衝撃前のコークスの平均粒径(言い換えると、初期粒度測定試験によって測定されるコークスの平均粒径):MSbefore(実測値)と、回転衝撃後のコークスの平均粒径(言い換えると、ドラム試験によって測定されるコークスの平均粒径):MSafter(実測値)と、回転衝撃前後のコークスの平均粒径の粒径差:△MS(実測値)を予め求めておく。上述の処理によって、コークスの平均粒径に関する実測値及びSallを一組のデータとした複数組のデータが得られ、これらのデータを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせることにより、以下の一次式を構築する。
従って、上記の式(1)~(3)を予め求めておき、新たにステップS1~S3を実施して測定したコークス(高炉で使用が予定されるコークスとして、試験コークス炉で乾留して得られたコークス)のSallをこれらの式に代入することにより、回転衝撃前のコークスの平均粒径(言い換えると、初期粒径測定試験によって測定されるコークスの平均粒径):MSbefore(推定)と、回転衝撃後のコークスの平均粒径(言い換えると、ドラム試験によって測定されるコークスの平均粒径):MSafter(推定)と、回転衝撃前後のコークスの平均粒径の粒径差:△MS(推定)を推定することができる。
また、回転衝撃前後のコークスの平均粒径を推定することで、高炉に到達するまでの搬送過程における衝撃におけるコークスの割れ易さがわかるため、適正な割れの範囲を維持する様に、コークス炉の操業に反映させても良い。
本実施形態では、亀裂の幅を大小に応じて区分けし、各区分に属する亀裂のコークスの平均粒径に与える影響度を考慮して、コークスの平均粒径を推定する。ここで、ドラム試験時に、コークスは比較的小さな亀裂を起点として複数のコークス塊に分断する。つまり、回転衝撃によるコークスの分断は、比較的幅の小さい亀裂(以下、狭小亀裂幅という場合がある)が支配的であると考えられる。そこで、本実施形態では、回転衝撃前後におけるコークスの平均粒径を推定する際に、亀裂面の面積に加えて亀裂の幅に応じた重み付け処理を行う。
以下の式(4)~式(6)を算出する。
「0rev」はドラムの回転回数が0(つまり、無回転)であることを表しており、「30rev」は搬送過程での衝撃を模擬したドラムの回転回数を表している。「+25mm」は、粒径が25mm以上のコークスを対象とした平均粒径であることを意味している。
図5及び図9を比較参照して、亀裂の幅を考慮することで、回転衝撃後のコークスの平均粒径の推定精度が向上することがわかった。ここで、MS30rev/+25mm(推定)の区分1(2.5mm以下)の影響度を表す係数K1は、他の区分の影響度を表す係数よりも絶対値が大きいことから、回転衝撃後のコークスの平均粒径に与える影響は、比較的幅の小さな亀裂が支配的であることが確認された。また、図6及び図10を比較参照して、亀裂の幅を考慮することで、回転衝撃前後のコークスの平均粒径の粒径差の推定精度が向上することがわかった。なお、図8は図4と同様に、参考までに示したものであるが、相関性を有していることが確認された。
Claims (3)
- 試験コークス炉で乾留した乾留容器内のコークスに対して、X線CTによる撮像処理を行うことにより、コークスの亀裂形状に関する情報を取得する第1ステップと、
前記の取得した亀裂形状を画像解析することによって、亀裂面を取得するとともに、亀裂面の面積を算出する第2ステップと、
種類が互いに異なる複数のコークスについてそれぞれ、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行することにより各コークスの亀裂面の面積を算出した後、各コークスの亀裂面の面積とそれぞれのコークスについて実測した少なくとも高炉への搬送を模擬した衝撃を受けた後のコークスの平均粒径との関係を予め求める第3ステップと、
高炉で使用が予定されるコークスとして、試験コークス炉で乾留して得られたコークスに対して、前記第1ステップ及び前記第2ステップを行うことにより得られた亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた関係とから少なくとも衝撃を受けた後のコークスの平均粒径を予測する第4ステップと、
を有することを特徴とするコークスの平均粒径予測方法。 - 前記第3ステップにおいて、各コークスの亀裂面を亀裂幅の大小に応じて区分けするとともに、各コークスの亀裂面の面積について、亀裂幅がより小さい区分のコークスの平均粒径に与える影響度が大きくなるように、重み付けを行い、
前記第4ステップにおいて、高炉で使用が予定されるコークスとして、試験コークス炉で乾留して得られたコークスに対して、亀裂面を前記の区分に応じて区分けし、各区分に属する亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた関係とから少なくとも衝撃を受けた後のコークスの平均粒径を予測することを特徴とする請求項1に記載のコークスの平均粒径予測方法。 - 前記の少なくとも衝撃を受けた後のコークスの平均粒径は、衝撃を受けた後のコークスの平均粒径、または衝撃を受けた後のコークスの平均粒径及び衝撃を受ける前のコークスの平均粒径の双方であることを特徴とする請求項1又は2に記載のコークスの平均粒径予測方法。
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