JPS6341423B2 - - Google Patents

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JPS6341423B2
JPS6341423B2 JP6099881A JP6099881A JPS6341423B2 JP S6341423 B2 JPS6341423 B2 JP S6341423B2 JP 6099881 A JP6099881 A JP 6099881A JP 6099881 A JP6099881 A JP 6099881A JP S6341423 B2 JPS6341423 B2 JP S6341423B2
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JP
Japan
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coke
strength
coal
shrinkage
fusion
Prior art date
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Expired
Application number
JP6099881A
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English (en)
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JPS57175257A (en
Inventor
Hidetaka Sugibe
Tsugio Myagawa
Hidetaro Tanihara
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS6341423B2 publication Critical patent/JPS6341423B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22Fuels; Explosives
    • G01N33/222Solid fuels, e.g. coal

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Coke Industry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコークスの製造、特に製造されるコー
クスの強度を事前に高い精度で推定する方法に関
するものである。
高炉で使用するコークスには一定以上の強度が
要求されるが、これは、あまりに脆弱なコークス
の場合は高炉内で容易に圧壊粉化し、通気性を阻
害して高炉の操業を悪化させるためである。かか
る理由から、コークス工場では事前に焼成コーク
スの強度推定を行い、高炉の要求を満たす強度の
コークスを製造するべく種々の石炭銘柄の配合比
率を決定し、コークス炉に装入する配合炭を作製
している。この強度推定は特に推定精度の高い方
法を用いることが望ましいわけであるが、この理
由について具体的に説明する。一般的にコークス
強度を推定する場合、推定値と実測値の間には誤
差が生じるわけであり、高炉で使用の困難なある
一定強度以下のコークスが製造される危険を避け
るには、予め推定誤差を考慮して安全代を見込
み、実際に高炉側が要求する強度以上のコークス
を製造するように配合組成を決めなければならな
い。このため、一般的に高価な良質の原料炭を必
要以上に配合しなければならないことになるが、
この経済的損失は推定精度が低く安全代を多くと
らねばならない時ほど大きいのである。
以上述べた理由から、コークス強度の推定法に
関しては従来から膨大な研究が行われており、一
定の乾留条件の下では、コークス強度が石炭の融
着性を表わすパラメータおよび石炭化度を表わす
パラメータで推定されることは周知の事実であ
る。ここに、融着性を表わすパラメータとは、
Geiseler流動度試験(JIS M8801)による最高流
動度の対数値や、Audibert―Arnu膨張性試験
(JIS M8801)の全膨張率などであり、石炭化度
を表わすパラメータとは、無水無灰基準の揮発分
やビトリニツトの平均最高反射率(JIS M8816)
などであることは良く知られている。
一方、装入炭の粒度やコークス炉の炉温といつ
た操業因子もコークス強度に影響を与えることは
周知の事実であるが、従来のコークス強度推定に
おいてはこの効果は融着性や石炭化度の効果と並
列に置かれて評価されていた。数式で示すなら
ば、fiを関数、xを配合炭の融着性を表わすパラ
メータ、yを配合炭の石炭化度を表わすパラメー
タおよびziを各種操業因子として、 コークス強度=f1(x)+f2(y)+f3(z1) +f4(z2)+f5(z3)+…… (1) の形で強度推定を行い、通常は簡単のためにfi
1次式に簡略化して、 コークス強度=a1+a2x+a3y+a4z1 +a5z2+a6z3+…… (2) と置いて、aiを重回帰分析により定めて強度推定
式としていたのである。しかし、この方法では、
操業因子のコークス強度に対する効果は配合炭の
x、y値と無関係に評価されるわけであり、実際
のコークス強度の挙動を説明し得るものではなか
つた。何故ならば、経験的に操業因子の効果は配
合組成により異なることが知られているからであ
る。例えば、ある配合組成の場合には炉温の上昇
によりコークス強度が向上するが、他の配合組成
の場合には逆に低下するといつたことは、日常の
コークス炉操業で頻繁に経験することである。要
するに、従来の強度推定よりも高い精度でコーク
ス強度の推定を行うには、操業因子の効果の適切
な把握が必要となるのであるが、どのような形で
操業上の因子がコークス強度に効果を及ぼすのか
が不明のため、実際には(1)式あるいは(2)式の形の
強度推定式を使用せざるを得ず、高精度の強度推
定は実際できなかつたのである。
本発明者等は、コークス強度の本質を考察し鋭
意研究を進めた結果、コークスの強度がコークス
炉炉内における配合炭の融着性と収縮性で規定さ
れ、かつ、融着性と収縮性が配合炭の性状と乾留
条件で決定されることを見い出し本発明に至つ
た。この結果を応用すれば、下記の要件、 (a) 配合炭の軟化溶融過程での融着性と再固化後
の収縮性を各単味石炭の融着性と収縮性を表わ
すパラメータより評価し、かつ、 (b) 配合炭の乾留条件の変動によるコークス炉炉
内での配合炭の融着性の変動と収縮性の変動を
評価し、 (c) コークス炉炉内における配合炭の融着性と収
縮性を(a)で評価した値に(b)の乾留条件変動によ
る変動分を補正して評価し、この補正した融着
性と収縮性の評価値からコークス強度を推定す
る。
を満した時に、高精度のコークス強度の推定が行
えることが後に詳述するように確認された。以下
に各要件の意味について具体的に説明する。
コークス炉に装入された配合炭のコークス化の
過程について述べるならば、加熱壁部分より配合
炭は昇温し、やがて軟化溶融を開始して石炭粒子
間に相互融着が進行し、更に昇温すれば再度固化
を行い、ついで温度上昇に伴なつて収縮してい
き、最終的なコークスになる訳であるが、再固化
後の状態を考えてみると、加熱壁からの距離によ
つて温度が異なるために収縮の程度も異り、この
結果熱応力が生起するので融着の不十分な部位で
は破壊が起り、このようにして生じた欠陥がコー
クスに内包されるのである。コークス強度とは、
コークス中の欠陥構造により支配されるものであ
り、従つて上記説明から明からなように、粒子間
の融着の程度と熱応力の大小を規定する収縮性の
程度がコークス強度の要因なのであり、まず(a)の
要件が強度推定には必要となるのである。ここ
で、配合炭における粒子間の融着の程度は、前述
の融着性を表わすパラメータを実測することによ
つて評価され、あるいは各単味炭の融着性パラメ
ータの加重平均値で評価される。また、揮発力の
多い石炭ほど収縮性が大であり、ビトリニツトの
平均最高反射率が大な石炭ほど収縮性が小である
ので、収縮性を表わすパラメータとしては、これ
らの周知の石炭化度パラメータを使用すれば良
く、配合炭の収縮性は石炭化度パラメータの実測
値あるいは各単味炭の石炭化度パラメータの加重
平均値で評価される。なお、収縮性の評価に際し
ては、同一の石炭化パラメータ、例えば、同一の
ビトリニツトの平均最高反射率であつたとして
も、収縮性は不活性質の含有量によつて異なるの
で、不活性質の含有量によつて補正を行うのが望
ましい。
さて、前記のコークス化過程の考察を鑑みれ
ば、乾留条件の変動のコークス強度に対する効果
は合理的に説明し得る。例えば、コークス炉の炉
温を上昇した場合を考えると、炉内に装入された
配合炭の乾留速度は大となり、乾留速度の向上に
よる融着成分生成量増加は融着性を向上させる
が、炉内の温度勾配は急になるので生成熱応力は
大となり、あたかも収縮性が増大したのと同一の
効果を及ぼす。すなわち、この場合コークス炉の
炉温の上昇は、融着性の向上と収縮性の増大とい
つたコークス強度に対して相反する効果に対応す
るのであり、融着性が十分であつてもはや融着性
の向上がコークス強度の向上には影響せず、収縮
性が大であつて収縮性の増加が容易に生成熱応力
を大とするような配合の場合はコークス強度の低
下を招き、逆に融着性が不足してかつ収縮性が十
分に小さい配合の場合にはコークス強度の向上を
招くのである。更に例を挙げるならば、配合炭を
微粉砕すれば、融着性の不足気味の石炭と過剰気
味の石炭が均一に分散されるために強固な融着が
促進され、融着性の向上に対応する効果が得られ
るのであるが、粒子間の摩擦の増加によりコーク
ス炉内での充填が疎となるので容易に収縮を生じ
させるという効果も与えるのである。
本発明について数式を用いて更に詳細に説明す
る。コークス炉内における装入炭の実際の融着性
と収縮性をそれぞれX′、Y′とすれば、本発明方
法においては、 X′=g(x、z1、z2、…)、 Y′=h(y、z1、z2、…) (3) と表わされる。関数g、hの形は未知であるが、
点(,12,…)および(,12
…)の近傍でテーラー展開して表わすことができ
る。ここに添字0は上記の点での値であることを
示す。
通常のコークス炉の操業では、製造コークスの
品位を一定にすべく操業要因は変動するものの努
めて同一製造条件となるように、また配合組成も
似かよつたものとなるように志向しているので、
x、および各iを通常操業における平均値と
すれば、(4)式中の、x−、y−、ziiの絶
対値は小値であり、通常は1次の項までとれば良
好に近似される。従つて、b′i、c′iを定数とすれば
(4)式は、 X′=b′1+b′2x+b′3z1+b′4z2+……… Y′=c1+c2x+c3z1+c4z2+……… (5) と表わされる。強度推定にはX′、Y′の絶対値を
知る必要は必ずしもあるわけでなく、その相対値
で十分であるので、新たにbi、ciを定数として定
義された下記のX、Yを用いると簡単になる。
以上は操業要因と配合炭性状の変動が比較的小
さい場合であるが、変動幅が大きい時には(4)式中
の高次の、例えば、2次の項まで考慮すれば良
く、この時は(6)式が高次の、例えば、2次の式と
なる。また、操業要因を表わすパラメータz1に関
しては、先述の説明のように、装入炭粒度とコー
クス炉炉温は融着性と収縮性に大きな効果を与え
るので、パラメータとして必ず選択する必要があ
る。他の要因、例えば、装入炭の水分の変動も粒
子間付着力の大小、すなわち、炉内嵩密度の増減
あるいは乾留速度の増減に影響を及ぼすので(6)式
の評価に用いることが望ましいが、本発明者等の
検討によれば、装入炭粒度とコークス炉炉温が最
もXとYに寄与する操業要因であるので、他の操
業要因は通常の場合無視しても差支えない。な
お、コークス炉炉温と装入炭粒度の代替に、これ
らと高い相関を有する操業要因を使用してもX、
Yの評価が可能なことは自明である。例えば、コ
ークス炉炉温が上昇すれば乾留速度が向上するの
で炉の稼動率は増加し、両者の間には高い相関が
認められるのであるが、この場合kiを定数として
近似的に、 コークス炉炉温=k1×(稼動率)+k2…… (7) と表わされるので、上式を(5)式に代入すればコー
クス炉炉温の寄与を稼動率で表わし得るのであ
る。
さて、石炭品位に操業因子補正を施した(6)式中
には未知の定数が含まれており、この値を知り、
かつ、XおよびYとコークス強度の関係を知るこ
とが強度推定には必要となるのであるが、これは
以下の方法によれば良い。まず、X、Yとコーク
ス強度の関係について考えるならば、融着性と収
縮性の向上はコークス強度を上昇させるので、コ
ークス強度はX、Yの単調関数で表わされるが、
コークスは完全に均質な構造ではあり得ず、いか
に石炭品位と操業要因を向上させたとしても得ら
れる強度には上限が存在するので、X、Yの効果
は徐々に減少して飽和していくものとなるので、
簡単な式で表わすならば、αiを定数として、指数
関係によるもの、 コークス強度=α1+α2exp(α3X) +α4exp(α5Y)…… (8‐1) 双曲線関数の単調な部分を用いるもの、 コークス強度=α6/X+α7+α8/Y+α9+α10……
(8‐2) 多項式の例えば2次式の単調な部分を用いるも
の、 コークス強度=α11X2+α12X+α13Y2 +α14Y+α15…… (8‐3) あるいは、(8‐1)、(8‐2)、(8‐3)を組み合わせて表
現したもの、例えば、 コークス強度=α16/X+α17+α18Y2 +α19Y+α20…… (8‐4) などと置けば良い。しかる後に、この強度推定式
に含まれるαiの個数と(6)式中に含まれるbiの個数
とciの個数の和の回数だけの実験を石炭品位およ
び操業条件を変えて行えば、各定数項を求めるこ
とができ、この定数値を用いれば以後は強度推定
が可能となる。実際に強度推定式を求める時に
は、炉の形状、大きさにより伝熱挙動や炉内充填
密度が異なるために操業要因の効果が異なるの
で、構造の異なる炉団では個別に実施することは
言うまでもないことである。
コークス強度(DI30 15)の推定に本発明方法を適
用した例について説明する。配合炭の融着性
(x)を各単味炭のGieseler最高流動度の常用対
数値の加重平均値(以下、MFと記す)で、収縮
性(y)を各単味炭のビトリニツトの平均最高反
射率の加重平均値(以下、0と記す)で評価し、
操業因子としてコークス炉炉温(フリユー温度
(℃)、以下Tと記す)と装入炭粒度(3mm篩目以
下の粒子の重量%、以下Pと記す)のみをとりあ
げ、(8‐2)式の形で強度推定式を組み立てた。す
なわち、βiを定数として、 と置いた。本発明者等は、特定のコークス炉団に
ついて実験した結果、各係数値を知り、 の推定式を得たので該炉団について半年間に渡つ
て、同一配合期間毎に推定値と実測値の対応を調
べた。その結果を第1図に示すように良好な一致
を見たのである。
また、比較のために、(2)式の従来の推定式を組
立て、MF、0、TおよびPを強度因子として
重回帰分析を行つて得た強度推定式、 DI30 15=0.93MF+4.540+0.0065T +0.010P+77.08…… (11) を用い、第1図で示したのと同一炉団、同一期間
についての推定値と実測値の対応を調べた結果を
第2図に示す。この場合、操業上の因子のDI30 15
対する効果が配合炭性状とは無関係となつている
ので、本発明方法による推定値に比べて推定精度
がかなり劣つている。
以上の実施例に示される如く、本発明の推定方
法を用いれば焼成コークスの強度を事前に高い精
度で予測することが可能であり、高炉の炉状況悪
化を招く低強度のコークスが製造される危険を避
けるための安全代は少なくすることができ、資源
的に少量しか埋蔵されておらずかつ高価な良質の
原料炭の使用を低減させることができ、省資源上
の効果は実に大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の推定方法によるコークス強度
(DI30 15)の推定値と実測値を比較したグラフ、第
2図は従来法によるコークス強度の推定値と実測
値を比較したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高炉用コークスの強度を製造する以前に予測
    するに際し、 (a) 配合炭の軟化溶融過程での融着性と再固化後
    の収縮性を各単味石炭の融着性と収縮性を表わ
    すパラメータより評価し、かつ、 (b) 配合炭の乾留条件の影響によるコークス炉炉
    内での配合炭の融着性の変動と収縮性の変動を
    評価し、 (c) コークス炉炉内におけるコークス強度支配因
    子である融着性と収縮性を(a)で評価した値に(b)
    の乾留条件による変動分を組み合わせて評価
    し、このようにして得られた融着性と収縮性の
    強度因子を用いてコークス強度を推定すること
    を特徴とするコークス強度推定方法。
JP6099881A 1981-04-22 1981-04-22 Estimating method for coke intensity Granted JPS57175257A (en)

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JPS61219860A (ja) * 1985-03-19 1986-09-30 コ−ル・インダストリイ(パテンツ)リミテツド 石炭炭化試験方法
JPH071269B2 (ja) * 1988-03-14 1995-01-11 川崎製鉄株式会社 高炉用コークス強度の推定方法
CN108594896B (zh) * 2018-04-26 2020-04-17 广东美的厨房电器制造有限公司 烤箱温控方法、装置及计算机可读存储介质

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