KR20220065830A - 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법 - Google Patents

석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220065830A
KR20220065830A KR1020227012969A KR20227012969A KR20220065830A KR 20220065830 A KR20220065830 A KR 20220065830A KR 1020227012969 A KR1020227012969 A KR 1020227012969A KR 20227012969 A KR20227012969 A KR 20227012969A KR 20220065830 A KR20220065830 A KR 20220065830A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coal
surface tension
estimating
coke
relational expression
Prior art date
Application number
KR1020227012969A
Other languages
English (en)
Inventor
다이스케 이가와
유스케 도히
테츠야 야마모토
Original Assignee
제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 filed Critical 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Publication of KR20220065830A publication Critical patent/KR20220065830A/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02Investigating surface tension of liquids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/04Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B45/00Other details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00Solid fuels
    • C10L5/02Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/04Raw material of mineral origin to be used; Pretreatment thereof
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • 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
    • 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02Investigating surface tension of liquids
    • G01N2013/0283Investigating surface tension of liquids methods of calculating surface tension
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0222Temperature
    • G01N2203/0226High temperature; Heating means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Coke Industry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)

Abstract

간편하게 석탄의 표면 장력을 추정하는 방법을 제공한다. 석탄의 표면 장력 추정 방법으로서, 석탄화도에 기초하여 추정한 석탄의 이너트 조직의 표면 장력과, 석탄의 용융 조직의 표면 장력으로부터, 석탄의 표면 장력과 전체 이너트량의 관계를 나타내는 관계식(제2 관계식)을 산출해 두고, 표면 장력을 추정하는 석탄의 전체 이너트량을 측정하고, 측정된 전체 이너트량과 당해 관계식을 이용하여 석탄의 표면 장력을 산출한다.

Description

석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법
본 발명은, 석탄의 이너트(inerts) 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.
고로(blast furnace)에 있어서 용선을 제조하기 위해 고로 원료로서 이용되는 코크스는 고강도인 것이 바람직하다. 코크스는 강도가 낮으면 고로 내에서 분화하고, 고로의 통기성이 저해되어, 안정적인 용선의 생산을 행할 수 없게 되기 때문이다.
코크스는, 석탄을 건류(carbonization)함으로써 얻어진다. 건류란, 석탄을 비산화성의 분위기에서 열 분해 온도 이상(대체로 300℃ 이상)으로 가열하는 조작을 가리킨다. 코크스의 원료가 되는 석탄으로서는, 건류 과정의 350∼600℃에서 연화(soften) 용융하는 석탄이 적합하게 이용된다. 연화 용융함으로써, 분상 혹은 입자상의 석탄이 상호 접착, 융착하여 괴상(lump)의 코크스가 얻어진다.
고강도의 코크스를 제조하기 위해서는, 석탄이 상호 잘 접착하는 것이 바람직하다. 이 석탄의 접착성을 평가하기 위한 물성값으로서, 열처리한 석탄(세미코크스)의 표면 장력이 이용되고 있다.
석탄과 같은 재료의 표면 장력의 측정 방법으로서, 모관 상승법, 최대 포압법, 액중법, 현적법, 윤환법, Wilhelmy법, 확장/수축법, 활락법, 필름·플로테이션(Film Flotation)법 등이 알려져 있다. 석탄은 여러 가지 분자 구조로 구성되어 있고, 그의 표면 장력도 일률적이지 않은 것이 예상되기 때문에, 표면 장력 분포의 평가를 기대할 수 있는 비특허문헌 1이나 특허문헌 1에 기재된 필름·플로테이션법이 가장 이치에 맞는 측정법이라고 할 수 있다.
필름·플로테이션법은, 분쇄한 시료 입자를 액체에 투입했을 때, 시료 입자가 부상(floating) 상태로부터 침강을 시작하는 경우에, 시료 입자와 액체의 표면 장력이 동일하다는 생각을 응용한 수법이다. 여러 가지의 표면 장력을 갖는 액체에 시료 입자를 낙하시켜, 각각의 액체에 대하여 부유한 시료 입자의 질량 비율을 구하고, 그 결과로부터 표면 장력 분포를 얻는다. 강점결탄, 비미점결탄(non- or slightly caking coal), 무연탄 및 그들을 열처리한 열처리 석탄(세미코크스) 등, 탄종을 묻지 않고, 모든 석탄의 표면 장력을 측정할 수 있다.
일본특허 제5737473호 공보
D.W.Fuerstenau: International Journal of Mineral Processing, 20(1987), 153
필름·플로테이션법에 의한 석탄의 표면 장력의 측정에는, 장시간(약 1일 정도)을 필요로 하고, 시간의 관점에서 효율적이지 않다는 문제가 있다. 표면 장력의 측정 조작이 번잡하기 때문에, 숙련된 측정자가 아니면, 표면 장력의 측정이 안정적이지 않다는 문제도 있다. 그래서, 본 발명은, 석탄의 표면 장력의 측정에 있어서의 이들 문제를 해결하고, 간편하게 석탄의 표면 장력을 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이하와 같다.
(1) 석탄에 있어서의 이너트 조직의 표면 장력과 석탄화도를 나타내는 물성값의 관계를 나타내는 제1 관계식을 미리 파악해 두고, 이너트 조직의 표면 장력을 추정하는 석탄의 석탄화도를 나타내는 물성값을 측정하고, 측정된 석탄화도를 나타내는 물성값과 상기 제1 관계식을 이용하여 석탄의 이너트 조직의 표면 장력을 산출하는, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
(2) 상기 석탄화도를 나타내는 물성값이 비트리니트(vitrinite)의 평균 최대 반사율인, (1)에 기재된 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
(3) 상기 석탄은 350℃ 이상 800℃ 이하의 어느 온도까지 가열된 세미코크스인, (1) 또는 (2)에 기재된 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
(4) (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법으로 추정된 이너트 조직의 표면 장력과 미리 정해진 용융 조직의 표면 장력으로부터, 석탄의 표면 장력과 전체 이너트량의 관계를 나타내는 제2 관계식을 산출해 두고, 표면 장력을 추정하는 석탄의 전체 이너트량을 측정하고, 측정된 전체 이너트량과 상기 제2 관계식을 이용하여 석탄의 표면 장력을 산출하는, 석탄의 표면 장력 추정 방법.
(5) 상기 미리 정해진 용융 조직의 표면 장력은, 복수의 품목의 석탄에 있어서의 용융 조직의 표면 장력의 산술 평균값인, (4)에 기재된 석탄의 표면 장력 추정 방법.
(6) (4) 또는 (5)에 기재된 석탄의 표면 장력 추정 방법으로 표면 장력이 추정된 석탄을 배합하여 배합탄으로 하고, 상기 배합탄을 건류하여 코크스를 제조하는, 코크스의 제조 방법.
본 발명에 따른 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법의 실시에 의해, 간편하게 이너트 조직의 표면 장력을 추정할 수 있고, 당해 이너트 조직의 표면 장력을 이용하여, 간편하게 석탄의 표면 장력을 추정할 수 있다. 이와 같이, 석탄의 표면 장력을 간편하게 추정할 수 있으면, 당해 표면 장력의 추정값을 석탄의 배합 검토에 사용할 수 있고, 이에 따라, 고품질인 코크스의 제조를 실현할 수 있다.
도 1은, 6개 품목(A∼F)의 석탄에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다.
도 2는, 석탄의 비트리니트의 평균 최대 반사율과 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 실측 표면 장력과 추정 표면 장력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 열처리 온도를 400℃로 한 3개 품목(H, I, J)의 석탄에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 열처리 온도를 600℃로 한 3개 품목(H, I, J)의 석탄에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 열처리 온도를 400℃로 한 석탄의 Ro와 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 열처리 온도를 600℃로 한 석탄의 Ro와 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 본 발명의 실시 형태를 통하여 설명한다. 이하의 설명에서는 주로 석탄의 표면 장력 추정 방법의 실시 형태에 대해서 설명하고, 그 중에서, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명자들은, 석탄의 성분으로서 가열에 의해 연화 용융하는 성분(이후, 연화 용융 조직이라고 기재함)과, 가열해도 연화 용융하지 않는 성분(이후, 이너트 조직이라고 기재함)에 착목했다. 우선, 연화 용융 조직 및 이너트 조직의 표면 장력과 석탄의 표면 장력의 관계에 대해서 설명한다. 이후의 설명에 있어서, 석탄의 표면 장력을 γ라고 기재하는 경우가 있다. 석탄의 이너트 조직은 연화 용융 조직보다도 단단하기 때문에, 분쇄 후의 석탄에서는, 이너트 조직은 조립(coarse particles)측에 농축되는 경향이 있다. 이 경향을 이용하여, 분쇄와 체거름에 의해 동일한 품목의 석탄으로부터 이너트량이 상이한 시료를 조제할 수 있다. 이와 같이 조제된 이너트량이 상이한 시료에 대해서 전체 이너트량(이후, TI라고 기재하는 경우가 있음)을 측정하고, 시료를 소정의 온도에서 각각 열처리하여 세미코크스로 했다. TI는, JIS M 8816에 규정되는 전체 이너트량으로서, 석탄에 포함되는 이너트 조직의 비율(체적%)을 나타낸다.
본 실시 형태에 있어서, 표면 장력을 추정하는 대상이 되는 석탄은, 열처리된 석탄 즉 세미코크스를 포함한다. 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력의 추정 방법은, 열처리하고 있지 않은 석탄에도 세미코크스에도 적용 가능하다. 세미코크스의 표면 장력은, 코크스 강도의 예측이나 강도가 높은 코크스의 제조에 특히 유용하기 때문에, 본 실시 형태에서는 열처리한 석탄인 세미코크스의 표면 장력의 측정 방법을 설명한다. 본 실시 형태에 있어서 세미코크스는 하기 (a)∼(c)로 제작된다.
(a) 석탄을 분쇄한다. 석탄의 분쇄 입도는, 조직, 성상 등이 불균일인 석탄으로부터 균질인 시료를 제작한다는 관점에서, JIS M8812에 기재되어 있는 석탄의 공업 분석에 있어서의 분쇄 입도인 입경 250㎛ 이하로 석탄을 분쇄하는 것이 바람직하고, 200㎛ 이하로 분쇄하는 것이 보다 바람직하다.
(b) 분쇄한 석탄을, 공기를 차단하여 혹은 불활성 가스 중에서, 적당한 가열 속도로 350℃ 이상에서, 800℃ 이하의 어느 온도까지 가열한다. 가열 속도는, 코크스로(coke oven)에 있어서 코크스가 제조될 때의 가열 속도에 따라서 정하는 것이 바람직하다.
(c) 가열한 석탄을 불활성 가스 중에서 냉각하여 세미코크스를 제조한다.
석탄을 가열하는 가열 온도는, 석탄 입자 간의 접착에 표면 장력이 영향을 주고 있다는 생각으로부터, 석탄이 연화 용융을 개시하는 350℃ 이상에서, 코크스화가 완료하는 800℃까지의 어느 온도까지 가열하는 것이 적당하다고 생각된다. 그러나, 가열 온도인 350∼800℃에 있어서, 특히 접착에 기여하고 있는 온도는 연화 용융 시의 온도인 350∼550℃이고, 접착 구조는 500℃ 근방에서 결정된다고 생각된다. 이 때문에, 가열 온도로서는 특히 500℃ 근방인 480∼520℃가 바람직하고, 본 실시 형태에서는 가열 온도를 500℃로 했다. 가열은 석탄과 반응하지 않는 불활성 가스(예를 들면 질소, 아르곤, 헬륨 등) 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.
냉각은, 석탄과 반응하지 않는 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 열처리한 후의 석탄을 10℃/sec 이상의 냉각 속도로 급냉하는 것이 바람직하다. 급냉하는 이유는 연화 용융 상태에서의 분자 구조를 유지하기 때문이고, 분자 구조가 변화하지 않는다고 생각되는 10℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 액체 질소, 빙수, 물이나 질소 가스와 같은 불활성 가스 등을 이용하여 급냉해도 좋지만, 액체 질소를 이용하여 급냉하는 것이 바람직하다.
석탄의 표면 장력은, 비특허문헌 1에 기재된 필름·플로테이션법을 이용하여 측정할 수 있다. 이 방법은, 석탄이라도 그 석탄으로부터 얻어지는 세미코크스라도 동일하게 적용할 수 있고, 미분쇄한(finely pulverized) 시료를 이용하여, 표면 장력의 분포를 구할 수 있어, 얻어진 표면 장력의 분포의 평균값을 그 시료의 표면 장력(이후, γ라고 기재하는 경우가 있음)으로 했다. 필름·플로테이션법을 이용한 세미코크스의 표면 장력의 측정의 상세는 특허문헌 1에 기재되어 있다.
도 1은, 500℃에서 열처리한 6개 품목(A∼F)의 석탄(세미코크스)에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력(표면 장력 분포의 평균값)의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다. 도 1의 가로축은 TI(%)이고, 세로축은 γ(mN/m)이다. 표 1에 석탄 A∼F의 성상을 나타낸다.
Figure pct00001
도 1의 회귀 직선은, TI에 대한 γ의 단회귀식(simple regression equation)으로서, 당해 단회귀식과 각 석탄에 있어서의 각 플롯의 오차가 최소가 되도록 최소 이승법을 이용하여 산출했다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 석탄의 각 플롯은 회귀 직선상이 되고, TI와 γ의 사이에는 대체로 직선적인 관계가 보였다. 이 때문에, 이 회귀 직선에 있어서의 TI=100에 대응하는 값이, 이너트 조직이 100%라고 한 경우의 이너트 조직의 표면 장력(이후, γ100이라고 기재하는 경우가 있음)으로 하고, TI=0에 대응하는 값이, 연화 용융 조직이 100%라고 한 경우의 표면 장력(이후, γ0이라고 기재하는 경우가 있음)으로 했다. 석탄의 연화 용융 조직이 100%인 경우, 이너트 조직은 0%이다.
표 1의 「logMF(log/ddpm)」는, JIS M8801의 기젤러 플라스토미터법(Gieseler plastometer method)으로 측정한 석탄의 최고 유동도(Maximum Fluidity: MF/ddpm)의 상용대수값이다. 표 1의 「Ro(%)」는 석탄화도를 나타내는 지표의 일 예로서 본 실시 형태에서 이용한 물성값으로 JIS M 8816의 비트리니트의 평균 최대 반사율이다. 표 1의 「TI(%)」는 전체 이너트량(체적%)으로서, JIS M 8816의 석탄 또는 배합탄의 미세 조직 성분의 측정 방법 및 그의 해설에 기재된 Parr의 식에 기초한 하기 (1)식으로 산출했다.
이너트량(체적%)=푸지니트(체적%)+미크리니트(체적%)+(2/3)×세미푸지니트(체적%)+광물질(체적%)…(1)
표 1의 「γ(mN/m)」는, 필름·플로테이션법을 이용하여, 소정 입도가 되도록 분쇄된 석탄 A∼F를 500℃에서 가열 처리하여 제작된 세미코크스의 표면 장력(표면 장력 분포의 평균값)이다. 「γ0」은, 도 1에 나타낸 석탄 A∼F의 각각의 회귀 직선에 있어서의 TI=0에 대응하는 값이고, 「γ100」은 TI=100에 대응하는 값이다.
도 1로부터, 석탄의 품목에 상관 없이, γ0은 거의 일정한 값으로 수속하는 경향이 보였다. 한편, γ100은 일정한 값으로 수속하는 경향은 없고, 석탄의 품목에 따라 크게 상이했다. 이와 같이, γ0에 일정한 값으로 수속하는 경향이 보여진 점에서, γ0에 대해서는, 복수의 품목의 석탄에 있어서 산출된 γ0으로부터 γ0의 대표값을 미리 정할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서 γ0의 대표값을 복수의 품목의 석탄에 있어서의 γ0의 산술 평균값으로 했다.
한편, γ100은 석탄의 품목에 따라 크게 상이하기 때문에, γ100은 석탄의 품목마다 구할 필요가 있다. 발명자들은, γ100과 석탄화도의 사이에 양호한 상관 관계가 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성했다. 도 2는, 석탄의 비트리니트의 평균 최대 반사율(이후, RO라고 기재하는 경우가 있음)과 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2의 가로축은 RO(%)이고, 세로축은 γ100(mN/m)이다. 도 2를 이용하여, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법을 설명한다. 도 2의 회귀 직선은, Ro에 대한 γ100의 단회귀식이고, 당해 단회귀식과 각 플롯의 오차가 최소가 되도록 최소 이승법을 이용하여 산출했다. 이 단회귀식이 γ100과 Ro의 관계를 나타내는 제1 관계식이고, 표 1에 나타낸 석탄 A∼F를 이용하여 제1 관계식을 구축한 결과, 하기 (2)식이 되었다.
γ100=-14.791Ro+59.324…(2)
표 2에 제1 관계식의 구축에 이용하고 있지 않은 석탄 G의 성상을 나타낸다. 표 3에, 표 1에 나타낸 Ro와 상기 (2)식을 이용하여 산출된 γ100을 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 상기 (2)식의 구축에 이용하고 있지 않은 석탄 G의 γ100을, 표 2에 나타낸 Ro와 (2)식을 이용하여 산출한 결과 41.1mN/m가 되었다. 이너트량이 상이한 3개의 시료를 500℃에서 열처리한 세미코크스의 γ를 각각 측정하고, 당해 γ의 단회귀식으로부터 산출된 γ100이 41.2mN/m인 점에서, 제1 관계식인 (2)식을 이용함으로써 Ro로부터 γ100을 높은 정밀도로 추정할 수 있는 것을 알 수 있다. 도 2에 나타낸 단회귀식의 결정 계수 R2는 0.86으로, 당해 결정 계수가 1에 가까운 값이 되었다. 여기에서, 결정 계수 R2는, 회귀식의 상관의 높이를 나타내는 지표로서, 이 값이 1에 가까울수록 Ro와 γ100의 상관이 높은 것을 나타낸다. 이들 결과로부터, 제1 관계식과 Ro로부터 γ100을 높은 정밀도로 추정할 수 있는 것이 확인되었다. 이와 같이, γ100과 Ro의 관계를 나타내는 제1 관계식을 미리 파악해 두고, γ100을 추정하는 석탄의 Ro를 측정하고, 측정된 Ro와 제1 관계식을 이용하여 석탄의 이너트 조직의 표면 장력을 산출하는 방법이, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법이다.
전술한 바와 같이 γ100을 구하려면 이너트량이 상이한 시료를 2개 이상 제작하여, 이들 시료를 세미코크스로 한 후에 필름·플로테이션법을 이용하여 당해 시료의 표면 장력을 각각 측정하고, 당해 표면 장력의 단회귀식을 구할 필요가 있다. 이에 대하여, 도 2에 나타낸 γ100과 Ro의 관계를 나타내는 제1 관계식을 미리 파악해 두면, γ100을 추정하는 대상의 Ro를 측정하는 것만으로 당해 측정값과 제1 관계식으로부터 γ100을 산출할 수 있기 때문에, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법을 이용함으로써 간편하게 γ100을 추정할 수 있는 것을 알 수 있다.
석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법을 이용하여 γ100을 추정할 수 있으면, 미리 정해진 γ0의 대표값과 추정된 γ100을 이용하여, 도 1에 나타낸 단회귀식에 대응하는 γ와 TI의 관계를 나타내는 관계식을 산출할 수 있다. 이 관계식이 γ와 TI의 관계를 나타내는 제2 관계식이 된다. 제2 관계식은, 하기 (3)식으로 나타낼 수 있다.
γ=[(γ100-γ0)/100]×TI+γ0…(3)
본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법에서는, 미리 정해진 γ0과 γ100으로부터 산출되는 제2 관계식을 미리 파악해 두고, γ를 추정하는 대상의 석탄의 TI를 측정하고, 당해 TI와 제2 관계식으로부터 석탄의 표면 장력을 산출한다. 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법에서는, γ0으로서 미리 정해진 γ0의 대표값을 이용하고, γ100으로서 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법을 이용하여 산출된 γ100의 추정값을 이용한다. 이 제2 관계식을 미리 파악해 두면, 표면 장력을 추정하는 대상의 석탄의 TI를 측정하는 것만으로, 당해 측정값과 제2 관계식으로부터 석탄의 표면 장력을 산출할 수 있기 때문에, 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법을 이용함으로써 간편하게 석탄의 표면 장력을 추정할 수 있다.
제2 관계식을 산출하는 데에 이용한 석탄 A∼F의 γ0(대표값) 및 γ100(추정값)과, γ(추정값)를 하기 표 4에 나타낸다. γ(추정값)는, γ0(대표값)과 γ100(추정값)으로부터 석탄 A∼F의 각각에 대해서 제2 관계식을 산출하고, 당해 제2 관계식과 표 1 또는 표 2의 TI를 이용하여 산출했다.
Figure pct00004
도 3은, 실측 표면 장력과 추정 표면 장력의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 가로축은 실측 γ(mN/m)이고, 표 1 또는 표 2에 나타낸 γ이다. 세로축은 추정 γ(mN/m)이고, 표 4에 나타낸 γ(추정값)이다. 도 3에 있어서의 둥근 플롯은 석탄 A∼F의 플롯을 나타내고, 사각 플롯은 석탄 G의 플롯을 나타낸다. 도 3으로부터, 실측 γ와 추정 γ는 매우 강한 상관 관계를 갖는 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터, 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법에 의해, 높은 정밀도로 γ를 추정할 수 있는 것이 확인되었다.
도 2 및 도 3에서는, 500℃에서 열처리한 석탄의 표면 장력을 추정하는 예를 나타냈지만, 본 실시 형태에 있어서의 석탄의 열처리 온도는 500℃의 열처리에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법이 500℃에서 열처리한 경우에 한정되지 않는 것을 확인하기 위해, 도 1에 나타낸 TI와 표면 장력의 관계가 다른 열처리 온도의 경우에서도 성립하는지 아닌지를 확인했다.
3개 품목(H, I, J)의 석탄을 이용하여, 전술의 방법으로 TI 함유량이 상이한 시료를 조제했다. 당해 시료를, 열처리 온도만을 400℃와 600℃로 변경하고, 다른 조건은 전술한 (a)∼(c)의 방법으로 세미코크스를 조제하여, 각각의 세미코크스의 표면 장력을 측정하고, 도 1과 동일하게 표면 장력과 TI의 관계를 확인했다. 석탄 H∼J의 성상을 하기 표 5에 나타낸다.
Figure pct00005
도 4는, 열처리 온도를 400℃로 한 3개 품목(H, I, J)의 석탄에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다. 도 5는, 열처리 온도를 600℃로 한 3개 품목(H, I, J)의 석탄에 있어서의 이너트량이 상이한 시료의 표면 장력의 플롯(3점)과 당해 플롯의 회귀 직선을 나타내는 그래프이다. 도 4, 도 5의 가로축은 TI(%)이고, 세로축은 γ(mN/m)이다. 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 열처리 온도를 변경하여 조제된 세미코크스에 있어서도, TI와 표면 장력에는 도 1과 유사한 관계가 성립하고, 동일한 석탄이면, 그 경향은 변하지 않는 것을 알 수 있다.
도 4, 도 5에 있어서 각 품목에 대해서 회귀 직선을 구하고, 회귀 직선으로부터 TI=100%에 있어서의 표면 장력의 값 γ100을 구하여, 각 석탄의 Ro의 관계를 확인했다. 도 6은, 열처리 온도를 400℃로 한 석탄의 Ro와 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7은, 열처리 온도를 600℃로 한 석탄의 Ro와 γ100의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6, 도 7의 가로축은 Ro(%)이고, 세로축은 γ100(mN/m)이다. 도 6, 7에 나타내는 바와 같이, 열처리 온도를 400℃, 600℃로 해도, 도 2와 동일하게, γ100과 Ro의 사이에는 강한 상관 관계가 확인되었다.
이들 결과로부터, 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력의 추정 방법은, 상이한 온도에서 조제한 세미코크스에 있어서도 적용할 수 있는 것을 알 수 있다. 350∼800℃ 이하의 열처리 온도에서 조제된 세미코크스의 표면 장력이, 석탄의 종류에 의하지 않고 동일한 경향을 나타내는 것은 특허문헌 1도 개시되어 있다. 이러한 점에서, 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력의 추정 방법은 500℃에서 열처리된 세미코크스에 한정하지 않고, 350℃ 이상 800℃ 이하의 어느 온도에서 조제된 세미코크스에 대해서 적용할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 350℃ 이상 800℃ 이하의 소정의 온도에서 열처리한 석탄의 이너트 조직의 표면 장력을 추정하고자 하는 경우에는, 당해 소정의 온도에서 열처리한 세미코크스의 이너트 조직의 표면 장력과 석탄화도를 나타내는 물성값의 관계를 나타내는 제1 관계식을 이용하면 좋고, 이에 따라, 당해 소정의 온도에서 열처리한 석탄의 이너트 조직의 표면 장력인 γ100을 추정할 수 있다.
350℃ 이상 800℃ 이하의 소정의 온도에서 열처리한 석탄의 표면 장력을 추정하고자 하는 경우에는, 당해 소정의 온도에 있어서 추정된 석탄의 γ100과, 미리 정해진 소정의 온도에 있어서의 γ0으로부터 얻어지는 석탄의 표면 장력과 전체 이너트량의 관계를 나타내는 제2 관계식을 이용하면 좋고, 이에 따라, 당해 소정의 온도에서 열처리한 석탄의 표면 장력을 추정할 수 있다.
표 1, 2, 5에 나타낸 석탄은, 일반적으로 코크스 원료의 석탄으로서 자주 이용되는 석탄의 예이다. 코크스 원료로서 이용되는 석탄은, MF가 0∼60000ddpm(logMF가 4.8 이하), Ro가 0.6∼1.8%, TI가 3∼50체적%의 범위이고, 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력의 추정 방법은, 이 범위의 석탄에 대하여 특히 적합하게 이용할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 석탄화도를 나타내는 물성값으로서 Ro를 이용하여 설명했지만, 석탄화도를 나타내는 물성값은 이 밖에도, 석탄의 휘발분, 탄소 함유율, 연화 용융 시의 재고화 온도 등이 알려져 있고, 이들은 모두 Ro와 좋은 상관을 나타낸다. 따라서, 석탄화도를 나타내는 물성값으로서, RO를 대신하여, 석탄의 휘발분, 탄소 함유량, 연화 용융 시의 재고화 온도와 같은 석탄화도와 상관이 있는 물성값을 이용할 수 있다.
일반적으로, Ro 등의 석탄의 탄화도를 나타내는 물성값이나, TI 등의 석탄 조직 분석은, 석탄의 특징을 나타내는 목적으로 상거래 시에도 널리 이용되어, 분석되고 있다. 따라서, Ro 등의 석탄의 탄화도로부터 γ100을 추정하여, 당해 γ100을 이용하여 석탄의 표면 장력을 추정할 수 있으면, 숙련된 측정자에게 의지하는 일 없이 석탄의 표면 장력을 추정할 수 있고, 또한, 당해 표면 장력을 측정하기 위한 시간을 절약할 수 있다.
γ가 동등한 석탄을 배합한 배합탄으로부터 제조되는 코크스의 강도는, γ가 상이한 석탄을 배합한 배합탄으로부터 제조되는 코크스보다도 높아진다. 본 실시 형태에 따른 석탄의 표면 장력 추정 방법을 이용함으로써 간편하게 γ를 추정할 수 있으면, 당해 γ를 석탄의 배합 검토에 이용할 수 있기 때문에, 당해 배합 검토에 의해 배합 비율이 정해진 배합탄을 코크스의 제조에 이용함으로써 고품질인 코크스의 제조를 실현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 석탄에 있어서의 이너트(inerts) 조직의 표면 장력과 석탄화도를 나타내는 물성값의 관계를 나타내는 제1 관계식을 미리 파악해 두고,
    이너트 조직의 표면 장력을 추정하는 석탄의 석탄화도를 나타내는 물성값을 측정하고, 측정된 석탄화도를 나타내는 물성값과 상기 제1 관계식을 이용하여 석탄의 이너트 조직의 표면 장력을 산출하는, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석탄화도를 나타내는 물성값이 비트리니트(vitrinite)의 평균 최대 반사율인, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 석탄은 350℃ 이상 800℃ 이하의 어느 온도까지 가열된 세미코크스인, 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법으로 추정된 이너트 조직의 표면 장력과 미리 정해진 용융 조직의 표면 장력으로부터, 석탄의 표면 장력과 전체 이너트량의 관계를 나타내는 제2 관계식을 산출해 두고,
    표면 장력을 추정하는 석탄의 전체 이너트량을 측정하고, 측정된 전체 이너트량과 상기 제2 관계식을 이용하여 석탄의 표면 장력을 산출하는, 석탄의 표면 장력 추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미리 정해진 용융 조직의 표면 장력은, 복수의 품목의 석탄에 있어서의 용융 조직의 표면 장력의 산술 평균값인, 석탄의 표면 장력 추정 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 기재된 석탄의 표면 장력 추정 방법으로 표면 장력이 추정된 석탄을 배합하여 배합탄으로 하고, 상기 배합탄을 건류하여 코크스를 제조하는, 코크스의 제조 방법.
KR1020227012969A 2019-10-28 2020-10-14 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법 KR20220065830A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-194865 2019-10-28
JP2019194865 2019-10-28
PCT/JP2020/038830 WO2021085146A1 (ja) 2019-10-28 2020-10-14 石炭のイナート組織の表面張力推定方法、石炭の表面張力推定方法およびコークスの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220065830A true KR20220065830A (ko) 2022-05-20

Family

ID=75715914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227012969A KR20220065830A (ko) 2019-10-28 2020-10-14 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20220290054A1 (ko)
EP (1) EP4053246A4 (ko)
JP (1) JP7010419B2 (ko)
KR (1) KR20220065830A (ko)
CN (1) CN114556079B (ko)
AU (1) AU2020373691B2 (ko)
BR (1) BR112022007327A2 (ko)
CA (1) CA3152872A1 (ko)
TW (1) TWI793466B (ko)
WO (1) WO2021085146A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5737473B2 (ko) 1977-05-20 1982-08-10

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135983A (en) * 1970-12-28 1979-01-23 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Method for improving coking property of coal for use in production of cokes
JPS6095354A (ja) * 1983-10-31 1985-05-28 Nippon Steel Chem Co Ltd 石炭組織の自動分析法
JPH08176553A (ja) * 1994-12-22 1996-07-09 Kawasaki Steel Corp 非・微粘結炭の流動性等推定方法
JP4547766B2 (ja) * 1999-04-13 2010-09-22 Jfeスチール株式会社 石炭のコークス強度の測定方法およびコークスの製造方法
JP4147986B2 (ja) * 2003-03-14 2008-09-10 Jfeスチール株式会社 石炭のコークス強度の測定方法及びコークスの製造方法
JP4299680B2 (ja) * 2004-01-06 2009-07-22 新日本製鐵株式会社 コークス強度の推定方法
JP4385816B2 (ja) * 2004-03-29 2009-12-16 Jfeスチール株式会社 配合炭のコークス強度推定方法及びコークスの製造方法
JP4121523B2 (ja) * 2005-11-10 2008-07-23 独立行政法人海洋研究開発機構 ビトリニット反射率測定方法およびビトリニット反射率測定装置
JP2011213827A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Corp 高炉用コークスの製造方法
JP5071578B2 (ja) * 2010-09-01 2012-11-14 Jfeスチール株式会社 コークス製造用石炭の調製方法
IN2014MN00818A (ko) * 2011-10-14 2015-06-12 Jfe Steel Corp
WO2013145680A1 (ja) * 2012-03-27 2013-10-03 Jfeスチール株式会社 コークス製造用石炭混合物の調製方法及び石炭混合物、並びに、コークス製造方法
JP5582271B2 (ja) * 2012-03-27 2014-09-03 Jfeスチール株式会社 石炭間の接着性の評価方法
JP5626496B2 (ja) * 2012-03-27 2014-11-19 Jfeスチール株式会社 コークス製造用石炭の配合方法及びコークスの製造方法
US9850441B2 (en) * 2012-03-27 2017-12-26 Jfe Steel Corporation Method for blending coals, and method for producing coke
KR101735231B1 (ko) * 2013-02-21 2017-05-12 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 야금용 코크스의 제조 방법
JP5812037B2 (ja) * 2013-04-09 2015-11-11 Jfeスチール株式会社 表面張力測定方法
JP5910659B2 (ja) * 2013-04-09 2016-04-27 Jfeスチール株式会社 配合炭の製造方法及びそれを用いたコークスの製造方法
RU2640183C2 (ru) * 2013-04-12 2017-12-26 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Способ оценки степени выветривания угля, способ оценки коксуемости выветренного угля, способ контроля степени выветривания угля и способ изготовления кокса
JP6036891B2 (ja) * 2014-03-28 2016-11-30 Jfeスチール株式会社 コークスの製造方法
CN104090084B (zh) * 2014-06-27 2016-03-09 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 一种配合煤镜质组反射率分布的预测方法的应用
JP6379934B2 (ja) * 2014-09-29 2018-08-29 新日鐵住金株式会社 コークス強度の推定方法
JP6874524B2 (ja) * 2017-05-24 2021-05-19 日本製鉄株式会社 コークス強度の推定方法
JP6870528B2 (ja) * 2017-08-09 2021-05-12 日本製鉄株式会社 高炉用コークスの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5737473B2 (ko) 1977-05-20 1982-08-10

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.W.Fuerstenau: International Journal of Mineral Processing, 20(1987), 153

Also Published As

Publication number Publication date
EP4053246A4 (en) 2022-12-14
TWI793466B (zh) 2023-02-21
CA3152872A1 (en) 2021-05-06
JP7010419B2 (ja) 2022-01-26
EP4053246A1 (en) 2022-09-07
BR112022007327A2 (pt) 2022-07-05
CN114556079A (zh) 2022-05-27
TW202132551A (zh) 2021-09-01
JPWO2021085146A1 (ja) 2021-12-16
CN114556079B (zh) 2024-04-09
WO2021085146A1 (ja) 2021-05-06
AU2020373691A1 (en) 2022-05-12
AU2020373691B2 (en) 2023-03-30
US20220290054A1 (en) 2022-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101580855B1 (ko) 코크스의 제조 방법
WO2013145678A1 (ja) 石炭の配合方法及び配合炭、並びに、コークス製造方法
US9845439B2 (en) Method for blending coals for cokemaking and method for producing coke
WO2013145677A1 (ja) 石炭間の接着性の評価方法
JP5737473B2 (ja) コークス製造用石炭混合物の調製方法及び石炭混合物、並びに、コークス製造方法
KR20220065830A (ko) 석탄의 이너트 조직의 표면 장력 추정 방법, 석탄의 표면 장력 추정 방법 및 코크스의 제조 방법
CN114555759B (zh) 煤的表面张力推定方法和焦炭的制造方法
JP7160218B2 (ja) 配合炭の製造方法およびコークスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal