RU2794598C1 - Method for evaluating surface tension of coal and method for obtaining coke - Google Patents
Method for evaluating surface tension of coal and method for obtaining coke Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794598C1 RU2794598C1 RU2022110688A RU2022110688A RU2794598C1 RU 2794598 C1 RU2794598 C1 RU 2794598C1 RU 2022110688 A RU2022110688 A RU 2022110688A RU 2022110688 A RU2022110688 A RU 2022110688A RU 2794598 C1 RU2794598 C1 RU 2794598C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- surface tension
- value
- regression equation
- inert components
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники Technical field
Настоящее изобретение относится к способу оценки поверхностного натяжения угля и способу получения кокса.The present invention relates to a method for estimating the surface tension of coal and a method for producing coke.
Уровень техники State of the art
Кокс, используемый в качестве сырья доменных печей для производства в них чугуна, предпочтительно имеет высокую прочность. Это связано с тем, что кокс, имеющий низкую прочность, разрушается в доменной печи, что ослабляет газопроницаемость в доменных печах, а это препятствует стабильному производству чугуна.The coke used as a raw material for iron production in blast furnaces preferably has a high strength. This is because the coke, which has a low strength, breaks down in the blast furnace, which weakens the gas permeability in the blast furnaces, and this prevents the stable production of pig iron.
Кокс получают карбонизацией угля. Карбонизация представляет собой процесс нагревания угля при температуре пиролиза или выше (около 300°C или выше) в неокислительной атмосфере. В качестве сырья для кокса предпочтительно используют уголь, который размягчается и плавится при температуре от 350°C до 600°C в ходе процесса карбонизации. При размягчении и плавлении порошок или частицы угля прилипают друг к другу и сплавляются с образованием кускового кокса.Coke is produced by carbonization of coal. Carbonization is a process of heating coal at a pyrolysis temperature or higher (about 300° C. or higher) in a non-oxidizing atmosphere. The raw material for the coke is preferably coal, which softens and melts at a temperature of 350°C to 600°C during the carbonization process. During softening and melting, the coal powder or particles adhere to each other and fuse to form lump coke.
Для формирования кокса, имеющего высокую прочность, предпочтительно, чтобы частицы угля хорошо прилипали друг к другу. Для оценки адгезионной способности угля в качестве величины физического параметра используют поверхностное натяжение угля, подвергнутого термообработке (полукокса).In order to form a coke having a high strength, it is preferable that the coal particles adhere well to each other. To assess the adhesive ability of coal, the surface tension of heat-treated coal (charcoke) is used as a physical parameter.
Примеры способов измерения поверхностного натяжения угля включают в себя метод капиллярного поднятия, метод максимального давления пузырьков, метод измерения по массе капли, метод висячей капли, метод отрыва кольца, метод Вильгельми, метод контактных углов наступления и отступления, метод наклоняющейся пластинки и метод плёночной флотации. Поскольку уголь состоит из разнообразных молекулярных структур и, следовательно, предполагается, что он имеет неравномерное поверхностное натяжение, в Непатентном документе 1 или Патентном документе 1 наиболее целесообразным методом измерения считается метод плёночной флотации, при помощи которого, как полагают, оценивается распределение поверхностного натяжения.Examples of methods for measuring the surface tension of coal include the capillary rise method, the maximum bubble pressure method, the drop mass method, the hanging drop method, the ring break method, the Wilhelmy method, the advance and retreat contact angle method, the tilting plate method, and the film flotation method. Since coal is composed of a variety of molecular structures, and therefore it is assumed to have uneven surface tension, in Non-Patent Document 1 or Patent Document 1, the film flotation method is considered to be the most appropriate measurement method, by which the distribution of surface tension is believed to be estimated.
Способ плёночной флотации представляет собой метод, основанный на идее, заключающейся в том, что пылевидные частицы образца, помещённые в жидкость и начинающие оседать на дно из состояния плавучести, имеют то же поверхностное натяжение, что и жидкость. Частицы образца погружают в жидкости, характеризующиеся различными величинами поверхностного натяжения, и определяют массовую долю частиц образца, плавающих в каждой жидкости. Распределение поверхностного натяжения получают на основе данного результата. Методом плёночной флотации можно измерять поверхностное натяжение любого угля, безотносительно к его типу, такого как твёрдый коксующийся уголь, некоксующийся или слабо коксующийся уголь, антрацит и термически обработанный уголь (полукокс), полученный при термообработке такого угля.The film flotation method is a method based on the idea that dust particles of a sample placed in a liquid and starting to settle to the bottom from a state of buoyancy have the same surface tension as the liquid. The sample particles are immersed in liquids of varying surface tension and the weight fraction of the sample particles floating in each liquid is determined. The surface tension distribution is obtained from this result. The film flotation method can measure the surface tension of any coal, regardless of its type, such as hard coking coal, non-coking or slightly coking coal, anthracite and heat-treated coal (semi-coke) obtained by heat treatment of such coal.
Список литературыBibliography
Патентная литератураPatent Literature
Патентный документ 1: Японский патент № 5737473Patent Document 1: Japanese Patent No. 5737473
Непатентная литератураNon-Patent Literature
Непатентный документ 1: D. W. Fuerstenau: International Journal of Mineral Processing, 20 (1987), 153Non-Patent Document 1: D. W. Fuerstenau: International Journal of Mineral Processing, 20 (1987), 153
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническая проблемаTechnical problem
Методу плёночной флотации присуща проблема, заключающаяся в том, что он требует длительного времени (примерно один день) для измерения поверхностного натяжения угля и является неэффективным с точки зрения времени. Для метода плёночной флотации также характерна проблема усложнённого процесса измерения поверхностного натяжения, и только квалифицированные исполнители измерений могут стабильно определять поверхностное натяжение. При помощи настоящего изобретения решаются указанные проблемы, которые возникают при измерении поверхностного натяжения угля, и в нём предлагается способ простой в осуществлении оценки поверхностного натяжения угля.The film flotation method has a problem in that it takes a long time (about one day) to measure the surface tension of coal and is inefficient in terms of time. The film flotation method also has the problem of a complicated surface tension measurement process, and only qualified measurement performers can consistently determine the surface tension. The present invention solves these problems that arise when measuring the surface tension of coal, and provides a method for easy-to-carry out estimation of the surface tension of coal.
Решение проблемыSolution
Решения вышеупомянутых проблем излагаются ниже.Solutions to the above problems are set forth below.
(1) Способ оценки поверхностного натяжения угля включает в себя следующее: выполняют множественный регрессионный анализ поверхностного натяжения, величины физической характеристики, представляющей класс угля, и общего содержания инертных компонентов в угле в каждой из различных марок угля для предварительного определения уравнения регрессии, имеющего в качестве целевой переменной - поверхностное натяжение угля, а в качестве объясняющие переменных - величину физической характеристики и общее содержание инертных компонентов; измеряют указанную величину физической характеристики и общее содержание инертных компонентов в угле, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать; и вычисляют поверхностное натяжение угля с использованием измеренной величины физической характеристики, измеренного общего содержания инертных компонентов и указанного уравнения регрессии.(1) The method for estimating the surface tension of coal includes performing a multiple regression analysis of the surface tension, the physical property value representing the grade of coal, and the total content of inert components in the coal in each of the various grades of coal to preliminarily determine a regression equation having as the target variable is the surface tension of coal, and as explanatory variables - the value of the physical characteristic and the total content of inert components; measure the specified value of the physical characteristics and the total content of inert components in the coal, the surface tension of which is to be assessed; and calculating the surface tension of the coal using the measured physical property value, the measured total inert content, and said regression equation.
(2) В способе оценки поверхностного натяжения угля по п. (1) величина физической характеристики представляет собой среднеарифметическое значение максимального показателя отражения витринита угля.(2) In the method for estimating the surface tension of coal according to (1), the physical characteristic value is the arithmetic mean of the maximum reflectance of coal vitrinite.
(3) В способе оценки поверхностного натяжения угля по п. (1) или (2) указанное поверхностное натяжение представляет собой поверхностное натяжение полукокса, полученного при нагревании угля до температуры 350°C или выше и до 800°C или ниже.(3) In the method for evaluating the surface tension of coal according to (1) or (2), said surface tension is the surface tension of the char obtained by heating the coal to a temperature of 350°C or more and to 800°C or less.
(4) Способ получения кокса включает в себя следующее: для образования угольной смеси составляют смесь углей, для которых значения поверхностного натяжения оценены способом оценки поверхностного натяжения угля по одному из пп. (1) - (3); и осуществляют карбонизацию угольной смеси для получения кокса.(4) The method for producing coke includes the following: to form a coal mixture, a mixture of coals is formed, for which the surface tension values are estimated by the method for estimating the surface tension of coal according to one of paragraphs. (13); and carry out the carbonization of the coal mixture to obtain coke.
Полезные эффекты изобретенияUseful effects of the invention
Поверхностное натяжение угля можно легко оценивать путём осуществления способа оценки поверхностного натяжения угля согласно настоящему изобретению. В случае, когда поверхностное натяжение угля можно с лёгкостью оценивать указанным путём, оцененную величину поверхностного натяжения можно использовать для исследования составления смеси углей, что обеспечивает возможность получения кокса высокого качества.The surface tension of coal can be easily estimated by carrying out the method for estimating the surface tension of coal according to the present invention. In the case where the surface tension of coal can be easily estimated in this way, the estimated value of surface tension can be used to study the composition of the mixture of coals, which makes it possible to obtain high quality coke.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждого из образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов в 6 марках (A - F) угля.In FIG. 1 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values of samples with different content of inert components, and regression lines of these graphs for each of the samples with different content of inert components in 6 grades (A - F) of coal.
Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между измеренными величинами поверхностного натяжения и оценёнными величинами поверхностного натяжения углей G - M.Fig. 2 is a graph showing the relationship between the measured values of surface tension and the estimated values of surface tension of coals G - M.
На фиг. 3 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (N, O, P) угля с температурой термообработки 400°C.In FIG. 3 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values of samples with different content of inert components, and regression lines of these graphs for each of 3 grades (N, O, P) of coal with a heat treatment temperature of 400°C.
На фиг. 4 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (N, O, P) угля с температурой термообработки 600°C.In FIG. 4 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values of samples having different content of inert components, and regression lines of these graphs for each of the 3 grades (N, O, P) of coal with a heat treatment temperature of 600°C.
Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of embodiments of the invention
Настоящее изобретение будет описано ниже при помощи вариантов его осуществления. Авторы настоящего изобретения сосредотачивают внимание на компонентах угля, которые размягчаются и плавятся под воздействием тепла (далее в настоящем документе называемых реакционноспособными компонентами), и компонентах угля, которые ни размягчаются, ни плавятся под воздействием тепла (далее в настоящем документе называемых инертными компонентами). Прежде всего, будет описано соотношение между значениями поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов и инертных компонентов, а также поверхностного натяжения угля.The present invention will be described below by means of embodiments. The present inventors focus on coal components that soften and melt when exposed to heat (hereinafter referred to as reactive components) and coal components that neither soften nor melt when exposed to heat (hereinafter referred to as inert components). First of all, the relationship between the surface tension values of the reactive components and the inert components and the surface tension of the coal will be described.
Поскольку инертные компоненты угля твёрже реакционноспособных компонентов, инертные компоненты стремятся концентрироваться в крупных частицах угля после измельчения. Указанную тенденцию используют для приготовления образцов на основе одной и той же марки угля с различным содержанием инертных компонентов путём измельчения и просеивания. Измеряют общее содержание инертных компонентов (далее в настоящем документе может называться TI) в каждом из образцов с различным содержанием инертных компонентов, приготовленных таким путём, и каждый из образцов подвергают термообработке при заданной температуре для образования полукоксов. TI представляет собой общее содержание инертных компонентов, описанное в стандарте JIS M 8816, и показывает долю (об. %) инертных компонентов, содержащихся в угле.Since the inert components of the coal are harder than the reactive components, the inert components tend to concentrate in the coarse coal particles after grinding. This trend is used to prepare samples based on the same brand of coal with different contents of inert components by grinding and sieving. Measure the total content of inert components (hereinafter referred to as TI) in each of the samples with different content of inert components prepared in this way, and each of the samples is subjected to heat treatment at a given temperature to form char. TI is the total content of inert components, described in JIS M 8816, and indicates the proportion (vol.%) of inert components contained in coal.
В настоящем варианте осуществления изобретения уголь, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, включает в себя термообработанный уголь, то есть полукокс. Способ оценки поверхностного натяжения угля в соответствии с данным вариантом осуществления можно применять в отношении угля без выполнения термообработки, а также полукокса. Поскольку поверхностное натяжение полукокса является особенно применимым для прогнозирования прочности кокса и получения кокса с высокой прочностью, в данном варианте осуществления будет описан способ измерения поверхностного натяжения полукокса, который представляет собой термообработанный уголь. В указанном варианте осуществления полукокс получают в соответствии со следующими пп. (a) - (c).In the present embodiment, the coal whose surface tension is to be evaluated includes heat-treated coal, ie char. The method for estimating the surface tension of coal according to this embodiment can be applied to coal without performing heat treatment, as well as semi-coke. Since the surface tension of the char is particularly useful for predicting the strength of the coke and obtaining a high strength coke, in this embodiment, a method for measuring the surface tension of the char which is heat-treated coal will be described. In this embodiment, the char is obtained in accordance with the following paragraphs. (a) - (c).
(a) Измельчение угля. В отношении размера частиц пылевидного угля отметим, что уголь предпочтительно измельчают до частиц размером 250 мкм или меньше, более предпочтительно, до частиц размером 200 мкм или меньше, который является размером частиц в рамках приближённого анализа угля, описанного в стандарте JIS M8812, для приготовления однородных образцов из угля, который не является однородным по мацералам и свойствам.(a) Grinding of coal. Regarding the particle size of the pulverized coal, it is noted that the coal is preferably crushed to a particle size of 250 µm or less, more preferably to a particle size of 200 µm or less, which is the particle size within the approximate coal analysis described in JIS M8812, to prepare homogeneous samples from coal that is not uniform in macerals and properties.
(b) Нагревание пылевидного угля до температуры 350℃ или выше и 800℃ или ниже с соответствующей скоростью нагревания в отсутствие воздуха или в инертном газе. Скорость нагревания предпочтительно устанавливают в соответствии со скоростью нагревания при получении кокса в коксовой печи.(b) Heating pulverized coal to a temperature of 350℃ or higher and 800℃ or lower at an appropriate heating rate in the absence of air or inert gas. The heating rate is preferably set in accordance with the heating rate when producing coke in a coke oven.
(c) Охлаждение нагретого угля в инертном газе для получения полукокса.(c) Cooling heated coal in an inert gas to produce semi-coke.
В отношении температуры нагрева для нагревания угля отметим, что уголь нагревают предпочтительно до температуры в диапазоне от 350°C, при которой уголь начинает размягчаться и плавиться, до 800°C, при которой завершается коксообразование, и это основывается на предположении, что поверхностное натяжение оказывает влияние на адгезию между частицами угля. Однако в диапазоне температур нагревания от 350ºC до 800°C температура, особенно способствующая адгезии, составляет от 350ºC до 550ºC, которая является температурой размягчения и плавления, и адгезионная структура может образовываться в окрестности 500ºC. Особенно предпочтительной в этом отношении является температура нагревания в диапазоне от 480ºC до 520ºC, что находится в окрестности 500ºC, и в указанном варианте осуществления изобретения температуру нагревания задают равной 500ºC. Нагревание осуществляют предпочтительно в атмосфере инертного газа (например, азота, аргона, гелия), который не реагирует с углём.With regard to the heating temperature for heating the coal, it is noted that the coal is preferably heated to a temperature in the range of 350°C at which the coal begins to soften and melt to 800°C at which coking is completed, and this is based on the assumption that the surface tension has influence on adhesion between coal particles. However, in a heating temperature range of 350°C to 800°C, a temperature especially promoting adhesion is 350°C to 550°C, which is a softening and melting temperature, and an adhesive structure may be formed in the vicinity of 500°C. Particularly preferred in this respect is a heating temperature in the range of 480ºC to 520ºC, which is in the vicinity of 500ºC, and in this embodiment, the heating temperature is set to 500ºC. Heating is carried out preferably in an atmosphere of inert gas (eg nitrogen, argon, helium), which does not react with coal.
Охлаждение предпочтительно осуществляют в атмосфере инертного газа, который не реагирует с углём. Термообработанный уголь закаляют предпочтительно со скоростью охлаждения 10ºC/с или больше. Причина выполнения закалки заключается в поддержании молекулярной структуры в реакционноспособном состоянии, и скорость охлаждения предпочтительно составляет 10ºC/с или выше, при которой молекулярная структура не может изменяться. Закалку можно выполнять с использованием жидкого азота, ледяной воды, воды или инертного газа, такого как газообразный азот. Закалку проводят предпочтительно с использованием жидкого азота.Cooling is preferably carried out in an atmosphere of inert gas which does not react with coal. The heat-treated coal is quenched preferably at a cooling rate of 10° C./s or more. The reason for performing quenching is to keep the molecular structure in a reactive state, and the cooling rate is preferably 10° C./s or higher at which the molecular structure cannot be changed. Quenching can be performed using liquid nitrogen, ice water, water, or an inert gas such as nitrogen gas. Quenching is preferably carried out using liquid nitrogen.
Поверхностное натяжение угля можно измерять с использованием способа плёночной флотации, описанного в Непатентном документе 1. Указанный способ можно применять и для угля, и для полукокса, полученного из данного угля, а распределение поверхностного натяжения можно получать с использованием тонко измельчённого образца. Среднее значение полученного распределения поверхностного натяжения рассматривается как характерная величина поверхностного натяжения образца. Измерение поверхностного натяжения полукокса с использованием способа плёночной флотации конкретно изложено в Патентном документе 1.The surface tension of coal can be measured using the film flotation method described in Non-Patent Document 1. This method can be applied to both coal and char produced from this coal, and the surface tension distribution can be obtained using a finely ground sample. The average value of the obtained distribution of surface tension is considered as a characteristic value of the surface tension of the sample. The measurement of the surface tension of char using a film flotation method is specifically set forth in Patent Document 1.
На фиг. 1 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения (средней величины распределения поверхностного натяжения) образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 6 марок (A - F) угля, подвергнутого термообработке при 500ºC (полукоксы). На фиг. 1 горизонтальная ось представляет TI (%), а вертикальная ось представляет поверхностное натяжение (мН/м). Каждая линия регрессии отображает уравнение простой регрессии зависимости поверхностного натяжения от TI и рассчитывается с использованием метода наименьших квадратов с целью сведения к минимуму ошибки между уравнением простой регрессии и каждым графиком. Как показано на фиг. 1, в случае каждой марки угля между TI и поверхностным натяжением наблюдается приближённая линейная зависимость. Величина, соответствующая значению TI = 100 на линии регрессии, представляет собой оцененное значение поверхностного натяжения при 100%-ном содержании инертных компонентов (далее в настоящем документе может называться γ100), а величина, соответствующая значению TI = 0, представляет собой оцененное значение поверхностного натяжения при 100%-ном содержании реакционноспособных компонентов (далее в настоящем документе может называться γ0).In FIG. 1 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values (average value of surface tension distribution) of samples having different content of inert components, and regression lines of these graphs for each of 6 grades (A - F) of coal subjected to heat treatment at 500ºC (semicoke). In FIG. 1, the horizontal axis represents TI (%) and the vertical axis represents surface tension (mN/m). Each regression line displays a simple regression equation of surface tension versus TI and is calculated using the least squares method to minimize errors between the simple regression equation and each graph. As shown in FIG. 1, in the case of each grade of coal, an approximate linear relationship is observed between TI and surface tension. The value corresponding to the value of TI = 100 on the regression line is the estimated value of the surface tension at 100% inert components (hereinafter referred to as γ 100 ), and the value corresponding to the value of TI = 0 is the estimated value of the surface tension at 100% content of reactive components (hereinafter referred to as γ 0 ).
На фиг. 1 показано, что γ0 проявляет тенденцию сходимости к практически постоянной величине, безотносительно к марке угля, а γ100 не проявляет тенденции сходимости и варьируется в значительной степени соответственно марке угля. Поскольку между поверхностным натяжением и TI наблюдается линейная зависимость, а γ100 значительно изменяется в соответствии с маркой угля, TI и γ100 рассматриваются как определяющие факторы, которые оказывают влияние на поверхностное натяжение угля.In FIG. 1 shows that γ 0 tends to converge to a practically constant value, regardless of the grade of coal, and γ 100 does not tend to converge and varies to a large extent according to the grade of coal. Since there is a linear relationship between surface tension and TI, and γ 100 varies significantly according to the grade of coal, TI and γ 100 are considered as determining factors that affect the surface tension of coal.
Авторы настоящего изобретения изучили соотношение между γ100 и свойствами угля и обнаружили, что γ100 демонстрирует сильную корреляцию со среднеарифметическим значением максимального показателя отражения витринита (далее в настоящем документе может называться RO) угля. При помощи TI и RO как основных определяющих факторов, которые оказывают влияние на поверхностное натяжение угля, определяют, можно ли оценивать поверхностное натяжение угля на основании измеренных значений TI и RO. В таблице 1 приведены характеристики углей G - M, которые используются при определении. RO является примером величины физической характеристики, представляющей класс угля. Примеры величин физических характеристик, представляющих классы угля, отличных от RO, включают в себя содержание летучих веществ в угле, содержание углерода и температуру возвращения в твёрдое состояние при размягчении и плавлении. Все указанные величины физических характеристик демонстрируют хорошую корреляцию с Ro. Таким образом, содержание летучих веществ в угле, содержание углерода или температуру возвращения в твёрдое состояние при размягчении и плавлении можно использовать в качестве основного фактора, который оказывает влияние на поверхностное натяжение, вместо Ro. Упомянутые величины физических характеристик можно применять в качестве объясняющей переменной в ходе множественного регрессионного анализа, описываемого ниже.The present inventors studied the relationship between γ 100 and the properties of coal, and found that γ 100 showed a strong correlation with the arithmetic mean of the maximum vitrinite reflectance index (hereinafter referred to as R O ) of coal. With TI and R O as the main determining factors that influence the surface tension of the coal, it is determined whether the surface tension of the coal can be estimated based on the measured values of TI and R O . Table 1 shows the characteristics of coals G - M, which are used in the determination. R O is an example of a physical characteristic value representing a class of coal. Examples of physical property values representing coal classes other than R O include coal volatile content, carbon content, and softening and melting resolidification temperature. All of these physical property values show a good correlation with Ro. Thus, the volatile content of the coal, the carbon content or the resolidification temperature during softening and melting can be used as the main factor that affects the surface tension, instead of Ro. These physical property values can be used as an explanatory variable in the multiple regression analysis described below.
Таблица 1Table 1
поверхностное натяжениеmeasured
surface tension
поверхностное натяжениеEstimated
surface tension
В таблице 1 «log MF (log/ddpm)» обозначает десятичный логарифм максимальной текучести (MF/ddpm) углей, измеренной способом с использованием пластометра Гизелера, описанным в стандарте JIS M8801. «RO (%)» представляет собой среднеарифметическое значение максимального показателя отражения витринита углей G - M по стандарту JIS M 8816. «TI (%)» отображает общее содержание инертных компонентов (об. %) и вычисляется в соответствии с Методами определения мацерального состава угля и угольной смеси при помощи микроскопа в стандарте JIS M 8816 и следующей ниже формулой (1) на основе формулы Парра, описанной в пояснении к Методам.In Table 1, "log MF (log/ddpm)" denotes the logarithm of the maximum fluidity (MF/ddpm) of coals as measured by the Gieseler plastometer method described in JIS M8801. "R O (%)" is the arithmetic mean of the maximum vitrinite reflectance of coals G - M according to JIS M 8816. "TI (%)" displays the total content of inert components (vol.%) and is calculated in accordance with Methods for determining the maceral composition coal and coal mixture using a microscope in JIS M 8816 and the following formula (1) based on the Parr formula described in the explanation of the Methods.
Содержание инертных компонентов (об. %) = фузинит (об. %) + микринит (об. %) + (2/3) × полуфузинит (об. %) + минеральное вещество (об. %) ··· (1)Inert content (vol.%) = fusinite (vol.%) + micrinite (vol.%) + (2/3) × semi-fusinite (vol.%) + mineral (vol.%) (1)
«Измеренное поверхностное натяжение (мН/м)» представляет собой поверхностное натяжение (характерное значение), полученное при измерении в полукоксах, произведённых путём термообработки углей G - M при 500ºC, в соответствии с методом плёночной флотации. «Оценённое поверхностное натяжение (мН/м)» представляет собой оценённое поверхностное натяжение, вычисленное с использованием измеренных величин RO и TI, а также уравнения регрессии, включающего в себя поверхностное натяжение (Y) как целевую переменную, а RO и TI как объясняющие переменные (X1, X2)."Measured Surface Tension (mN/m)" is the surface tension (characteristic value) obtained from the measurement in semi-cokes produced by heat treatment of coals G - M at 500ºC, according to the film flotation method. "Estimated Surface Tension (mN/m)" is the estimated surface tension calculated using the measured RO and TI values and a regression equation that includes surface tension (Y) as the target variable and RO and TI as explanatory variables. (X 1 , X 2 ).
Угли в таблице 1 являются примерами угля, обычно используемого в качестве сырья для производства кокса. Уголь, применяемый в качестве сырья для производства кокса, характеризуется показателем MF, составляющим от 0 до 60000 ddpm (log MF: 4,8 или меньше), RO, составляющим от 0,6% до 1,8%, и TI, составляющим от 3 до 50 об. %. Способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления можно использовать соответствующим образом для углей в таких диапазонах.The coals in Table 1 are examples of coal commonly used as feedstock for coke production. The coal used as a feedstock for coke production has an MF of 0 to 60,000 ddpm (log MF: 4.8 or less), an R O of 0.6% to 1.8%, and a TI of from 3 to 50 vol. %. The method for estimating the surface tension of coal according to this embodiment can be used appropriately for coals in such ranges.
Уравнение регрессии, включающее в себя поверхностное натяжение как целевую переменную, а также RO и TI как объясняющие переменные, можно представить следующей ниже формулой (2).A regression equation including surface tension as the target variable and R O and TI as explanatory variables can be represented by the following formula (2).
Поверхностное натяжение = a + b1 × RO + b2 × TI ··· (2)Surface tension = a + b 1 × R O + b 2 × TI (2)
В формуле (2) a, b1 и b2 являются параметрами уравнения регрессии.In formula (2), a, b 1 and b 2 are parameters of the regression equation.
В указанном варианте осуществления выполняют множественный регрессионный анализ измеренных величин поверхностного натяжения и измеренных величин RO и TI различных марок углей G – L для расчёта параметров формулы (2) и, таким образом, получения следующего ниже уравнения регрессии (3).In this embodiment, a multiple regression analysis is performed on the measured values of surface tension and the measured values of R O and TI of various grades of G-L coals to calculate the parameters of formula (2) and thus obtain the following regression equation (3).
Оценённое поверхностное натяжение = 42,805 – 3,123 RO + 0,0614 TI ··· (3)Estimated surface tension = 42.805 – 3.123 R O + 0.0614 TI (3)
В таблице 1 «оценённое поверхностное натяжение (мН/м)» представляет собой оценённое поверхностное натяжение, вычисленное с использованием уравнения регрессии (3). Уголь M не используют для расчёта параметров уравнения регрессии (3), но оценённое поверхностное натяжение угля M, вычисленное с использованием уравнения регрессии (3), является практически таким же, как и измеренное поверхностное натяжение угля M.In Table 1, "estimated surface tension (mN/m)" is the estimated surface tension calculated using the regression equation (3). Coal M is not used to calculate the parameters of regression equation (3), but the estimated surface tension of coal M calculated using regression equation (3) is almost the same as the measured surface tension of coal M.
Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между измеренными величинами поверхностного натяжения и оценёнными величинами поверхностного натяжения углей G - M. На фиг. 2 горизонтальная ось представляет измеренное поверхностное натяжение (мН/м), а вертикальная ось представляет оценённое поверхностное натяжение (мН/м). На фиг. 2 закрашенные кружки представляют угли G - L в таблице 1, а закрашенные квадратики представляют уголь M в таблице 1. Фиг. 2 указывает на очень сильную корреляцию между измеренными значениями поверхностного натяжения и оценёнными значениями поверхностного натяжения. Данный результат демонстрирует, что поверхностное натяжение угля можно точно оценивать с использованием способа оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления.Fig. 2 is a graph showing the relationship between the measured values of surface tension and the estimated values of the surface tension of coals G - M. In FIG. 2, the horizontal axis represents the measured surface tension (mN/m) and the vertical axis represents the estimated surface tension (mN/m). In FIG. 2, the filled circles represent the G-L coals in Table 1 and the filled squares represent the M coal in Table 1. FIG. 2 indicates a very strong correlation between measured surface tension values and estimated surface tension values. This result demonstrates that the surface tension of coal can be accurately estimated using the method for estimating the surface tension of coal according to this embodiment.
На фиг. 2 показан пример оценки поверхностного натяжения углей, подвергнутых термообработке при 500ºC, но температура термообработки углей в упомянутом варианте осуществления изобретения не ограничивается 500ºC. Для подтверждения того, что способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления не ограничивается случаем термообработки при 500ºC, определяли, устанавливается ли соотношение между TI и поверхностным натяжением, показанное на фиг. 1, также и при других температурах термообработки.In FIG. 2 shows an example of estimating the surface tension of coals heat treated at 500°C, but the heat treatment temperature of coals in the above embodiment is not limited to 500°C. In order to confirm that the coal surface tension estimation method according to this embodiment is not limited to the case of heat treatment at 500°C, it was determined whether the relationship between TI and surface tension shown in FIG. 1 also at other heat treatment temperatures.
Образцы с различным содержанием TI подготавливают вышеупомянутым способом с использованием 3 марок (N, O, P) угля. Данные образцы превращают в полукоксы согласно способу, включающему в себя стадии (a) - (c), описанному выше, в тех же условиях, за исключением лишь того, что температуру термообработки изменяют на 400ºC и 600ºC. Измеряют поверхностное натяжение каждого полукокса и определяют соотношение между TI и поверхностным натяжением тем же способом, что и в случае фиг. 1.Samples with different TI content are prepared by the above method using 3 grades (N, O, P) of coal. These samples are converted into chars according to the method including steps (a) to (c) described above under the same conditions, except that the heat treatment temperature is changed to 400°C and 600°C. The surface tension of each char is measured and the relationship between TI and surface tension is determined in the same manner as in the case of FIG. 1.
На фиг. 3 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов с различным содержанием инертных компонентов и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (N, O, P) угля с температурой термообработки 400ºC. На фиг. 4 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов с различным содержанием инертных компонентов и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (N, O, P) угля с температурой термообработки 600ºC. На фиг. 3 и фиг. 4 горизонтальная ось представляет TI (%), а вертикальная ось представляет поверхностное натяжение (мН/м).In FIG. Figure 3 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values of samples with different content of inert components and regression lines of these graphs for each of the 3 grades (N, O, P) of coal with a heat treatment temperature of 400ºC. In FIG. 4 shows graphs showing graphs (3 points) of surface tension values of samples with different content of inert components and regression lines of these graphs for each of the 3 grades (N, O, P) of coal with a heat treatment temperature of 600ºC. In FIG. 3 and FIG. 4, the horizontal axis represents TI (%) and the vertical axis represents surface tension (mN/m).
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, между TI и поверхностным натяжением полукоксов, полученных при различных температурах термообработки, устанавливается соотношение, аналогичное таковому на фиг. 1, и данная тенденция не изменяется в случае одного и того же угля. Поскольку соотношение, аналогичное таковому на фиг. 1, устанавливается между TI и поверхностным натяжением даже тогда, когда изменяется температура термообработки, способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления можно использовать в отношении полукоксов, полученных при различных температурах.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, a relationship similar to that of FIG. 1, and this trend does not change in the case of the same coal. Since a relationship similar to that in FIG. 1 is set between TI and surface tension even when the heat treatment temperature changes, the method for estimating coal surface tension according to this embodiment can be used with chars produced at different temperatures.
В Патентном документе 1 также раскрыто, что величины поверхностного натяжения полукоксов, полученных при температурах термообработки 350ºC или выше и 800ºC или ниже, проявляют ту же самую тенденцию, безотносительно к типу угля. Это указывает на то, что способ оценки поверхностного натяжения угля согласно данному варианту осуществления можно использовать для полукоксов, полученных при температуре 350ºC или выше и 800ºC или ниже, а также полукоксов, произведённых путём термообработки при 500ºC. Иными словами, оценку поверхностного натяжения угля, подвергнутого термообработке при заданной температуре 350ºC или выше и 800ºC или ниже, можно выполнять с применением уравнения регрессии, полученного в результате множественного регрессионного анализа при использовании данных о значениях поверхностного натяжения, достигаемого за счёт обработки углей при заданной температуре.Patent Document 1 also discloses that the surface tension values of chars obtained at heat treatment temperatures of 350°C or higher and 800°C or lower show the same trend regardless of the type of coal. This indicates that the coal surface tension estimation method according to this embodiment can be used for char produced at a temperature of 350°C or higher and 800°C or lower, as well as char produced by heat treatment at 500°C. In other words, the estimation of the surface tension of coal heat treated at a given temperature of 350ºC or higher and 800ºC or lower can be performed using the regression equation obtained from multiple regression analysis using data on surface tension values achieved by treating coals at a given temperature. .
В общем случае анализ мацерального состава угля касательно TI, значений физических характеристик, представляющих классы угля, как например, Ro, и другие параметры широко используются в деловых операциях с целью выражения характеристик угля, а упомянутые параметры проанализированы и доступны. С учётом вышесказанного, если поверхностное натяжение угля можно оценивать исходя из класса и TI угля, поверхностное натяжение угля можно оценивать без опоры на квалифицированных исполнителей измерений и экономить время для измерения поверхностного натяжения.In general, the analysis of the maceral composition of coal with respect to TI, the values of physical characteristics representing coal classes, such as Ro, and other parameters are widely used in business transactions for the purpose of expressing coal characteristics, and these parameters are analyzed and available. With this in mind, if the surface tension of coal can be estimated based on the grade and TI of coal, the surface tension of coal can be estimated without relying on qualified measurements and save time for surface tension measurement.
В случае, когда уравнение регрессии (3) определено заранее, измерение RO и TI угля, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, позволяет оценивать поверхностное натяжение угля. Таким образом, поверхностное натяжение угля можно оценивать точно, легко и быстро путём выполнения способа оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения. Прочность кокса, полученного из угольной смеси, содержащей смесь углей с различными величинами поверхностного натяжения, ниже соответствующего показателя кокса, полученного из угольной смеси, содержащей смесь углей с близкими величинами поверхностного натяжения. Если поверхностное натяжение угля можно оценивать таким путём, оценённую величину поверхностного натяжения можно использовать для исследования составления смесей углей. Таким образом, применение угольной композиции с соотношением компонентов, установленным в результате исследования составления смесей для получения кокса, обеспечивает возможность получения кокса высокого качества.In the case where the regression equation (3) is predetermined, the measurement of R O and TI of the coal whose surface tension is to be estimated allows the surface tension of the coal to be estimated. Thus, the surface tension of coal can be estimated accurately, easily and quickly by carrying out the method for estimating the surface tension of coal according to this embodiment. The strength of coke obtained from a coal mixture containing a mixture of coals with different values of surface tension is lower than the corresponding indicator of coke obtained from a coal mixture containing a mixture of coals with similar values of surface tension. If the surface tension of coal can be estimated in this way, the estimated value of surface tension can be used to study the composition of coal mixtures. Thus, the use of a coal composition with a ratio of components established as a result of research on the composition of mixtures for producing coke makes it possible to obtain high quality coke.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019-194864 | 2019-10-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2794598C1 true RU2794598C1 (en) | 2023-04-24 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013145677A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method for evaluating inter-coal adhesion |
| JP2014202711A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method of measuring surface tension |
| RU2570875C1 (en) * | 2011-10-14 | 2015-12-10 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Coke production process |
| RU2640183C2 (en) * | 2013-04-12 | 2017-12-26 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Method for evaluation of coal slacking degree, method for evaluation of set coal degree, method to control degree of coal slacking and method for coke production |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570875C1 (en) * | 2011-10-14 | 2015-12-10 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Coke production process |
| WO2013145677A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method for evaluating inter-coal adhesion |
| JP2014202711A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method of measuring surface tension |
| RU2640183C2 (en) * | 2013-04-12 | 2017-12-26 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Method for evaluation of coal slacking degree, method for evaluation of set coal degree, method to control degree of coal slacking and method for coke production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Marc A.Duchesne, Robin W.Hughes, "Slag density and surface tension measurements by the constrained sessile drop method" // "Fuel", V.188, 2017, pp.173-181. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2570875C1 (en) | Coke production process | |
| JP5686223B2 (en) | Coal blending method, blended coal, and coke production method | |
| US9845439B2 (en) | Method for blending coals for cokemaking and method for producing coke | |
| RU2794598C1 (en) | Method for evaluating surface tension of coal and method for obtaining coke | |
| RU2803512C1 (en) | Method for evaluation of surface tension of inert components of coal, method for evaluation of surface tension of coal and method for obtaining coke | |
| AU2020376541B2 (en) | Method for estimating surface tension of coal and method for producing coke | |
| AU2020373691B2 (en) | Method for estimating surface tension of coal inerts, method for estimating surface tension of coal, and method for producing coke | |
| CA3162218C (en) | Method for producing coal blend and method for producing coke | |
| JP2000063846A (en) | Estimation of coke's strength | |
| RU2801572C1 (en) | Method for producing coal mixture and method for producing coke | |
| RU2782524C1 (en) | Method for assessing the quality of coal, methods for preparing a coal mix and method for producing coke | |
| KR101205108B1 (en) | Predicting method of fluidity of coal for coke making |