СПОСОБ ОЦЕНКИ УГЛЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА
COAL ASSESSMENT METHOD AND THE COKE PRODUCTION METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу оценки угля, используемого в качестве сырья для получения кокса, и способу получения кокса карбонизацией смеси углей, включающей в себя уголь, подвергнутый оценке при помощи данного способа оценки.
Предшествующий уровень техники
Поскольку кокс, используемый в доменной печи, должен обладать высокой прочностью, в качестве сырья для получения кокса желательно применять уголь, обладающий высокой спекаемостью. Однако не все добытые угли имеют высокую спекаемость; некоторые из добытых углей могут иметь низкую спекаемость. С учётом вышесказанного, в общем случае многочисленные марки углей, имеющих различные свойства, смешивают вместе для образования смеси углей, которую используют в качестве сырья для получения кокса. Спекаемость угля представляет собой существенное свойство для получения кокса, которое обусловливает плавление и отверждение угля в процессе его карбонизации. Спекаемость угля определяют на основе его характеристик при плавлении. С учётом вышесказанного, можно с лёгкостью определять, подходит или нет марка угля в качестве сырья для получения кокса, путём эффективного использования величины термопластической характеристики угля (измеренная или оценочная величина) в качестве измеряемой величины.
Во многих случаях, чем выше спекаемость угля, тем выше его цена; чем ниже спекаемость угля, тем ниже его цена. Таким образом, использование «неспекающегося или слабоспекающегося угля» в качестве сырья для получения кокса в большом количестве благоприятным образом ограничивает затраты на сырьё. Однако нелегко оценивать применимость неспекающегося или слабоспекающегося угля в качестве сырья для получения кокса, поскольку трудно (или невозможно) измерять величину термопластической характеристики неспекающегося или слабоспекающегося угля, имеющего низкую (или пренебрежимо малую) спекаемость, при помощи способа испытания текучести угля методом с использованием пластометра Гизелера, описанного в стандарте JIS M 8801, или такого способа оценки спекаемости спекающегося угля, как дилатометрический метод.
2
В связи с вышеупомянутым аспектом был разработан способ измерения (оценки) термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля. Например, в патентном документе 1 и патентном документе 2 описано, что текучесть угля измеряют методом с использованием пластометра Гизелера в условиях, когда скорость повышения температуры устанавливают равной 5°C/мин или больше, что выше скорости повышения температуры (3°C/мин), указанной в стандарте JIS M 8801, поскольку текучесть угля возрастает с увеличением скорости повышения температуры. В частности, в патентном документе 2 описано, что применимость неспекающегося или слабоспекающегося угля в качестве сырья для получения кокса можно легко определять способом, предложенным в патентном документе 2, поскольку имеется хорошая корреляция между максимальной текучестью (MF) неспекающегося или слабоспекающегося угля, которую измеряют при увеличенной скорости повышения температуры, и величиной CSR (прочность кокса после реакции образования CO) кокса, полученного карбонизацией смеси углей, приготовленной путём составления смеси неспекающихся или слабоспекающихся углей.
В способе, описанном в патентном документе 3, оцениваемую текучесть неспекающегося угля определяют как величину термопластической характеристики неспекающегося угля. В патентном документе 3 описано, что в вышеупомянутом способе измеряют текучесть A спекающегося угля и текучесть B смеси углей, включающей в себя неспекающийся уголь и спекающийся уголь, и полагают, что оценочная текучесть D, которая приводит к достижению текучести B при сложении с текучестью A, представляет собой величину термопластической характеристики неспекающегося угля.
Перечень цитируемой литературы
Патентная литература
PTL 1: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 62-285051
PTL 2: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии
№ 2000-73070
PTL 3: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 3-9991
PTL 4: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии
№ 2014-43545
Сущность изобретения
Техническая проблема
2
Хотя способы, описанные в патентном документе 1 и патентном документе 2, в которых текучесть угля измеряют способом с использованием пластометра Гизелера при увеличенной скорости повышения температуры, являются простыми и лёгкими, остаются вопросы относительно соответствия между текучестью и прочностью кокса; в патентном документе 1 не имеется никакого упоминания о соотношении между текучестью угля, которую измеряют способом с использованием пластометра Гизелера при увеличенной скорости повышения температуры, и прочностью кокса. В патентном документе 2 описано, что существует хорошая корреляция между величиной MF неспекающегося или слабоспекающегося угля, измеренной при увеличенной скорости повышения температуры, и величиной CSR (прочность кокса после реакции образования CO) кокса, полученного карбонизацией смеси углей, приготовленной путём смешивания неспекающегося или слабоспекающегося угля с углём, отличным от неспекающегося или слабоспекающегося угля (далее в настоящем документе называемым «балансным углём»). Однако неспекающиеся или слабоспекающиеся угли, описанные в примерах патентного документа 2, представляют собой битуминозные угли, характеризующиеся степенью углефикации (средний максимальный показатель отражения витринита Ro) от 0,96 до 1,16, которая в значительной мере ограничена примерами. Неясно, остаётся ли в силе хорошая корреляция между величиной MF неспекающегося или слабоспекающегося угля и прочностью кокса также и в случае, если используют неспекающийся или слабоспекающийся уголь, отличный от битуминозного угля.
Даже если оценочную текучесть неспекающегося или слабоспекающегося угля определяют способом, описанным в патентном документе 3, неспекающийся или слабоспекающийся уголь, имеющий высокую оценочную текучесть, подвергают оценке на применимость в качестве сырья для получения кокса, и неспекающийся или слабоспекающийся уголь включают в состав смеси углей, неясно соотношение между прочностью кокса, полученного карбонизацией смеси углей, и оценочной текучестью неспекающегося или слабоспекающегося угля, с учётом вышесказанного, обоснованность применения оценочной текучести неспекающегося или слабоспекающегося угля для определения того, не снижает ли неспекающийся или слабоспекающийся уголь прочность кокса в значительной степени и применим ли он в качестве сырья для получения кокса, представляется неясной. Способ определения оценочной текучести неспекающегося угля, который описан в патентном документе 3, может быть непригодным для вышеупомянутой оценки, поскольку известно, что на текучесть смеси углей может оказывать влияние взаимодействие между углями, и оценочная текучесть неспекающегося угля может изменяться в зависимости от марки спекающегося угля, используемого в сочетании с неспекающимся углём.
В патентном документе 4 раскрыт тот факт, что добавление первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл, к углю, используемому в качестве сырья для получения кокса, может повышать текучесть угля. Однако патентный документ 4 не касается методики проведения оценки термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля.
Настоящее изобретение выполнено в свете вышеописанных задач, требующих разрешения. Цель настоящего изобретения заключается в разработке способа точного измерения термопластичности угля (в частности, неспекающегося или слабоспекающегося угля), термопластичность которого трудно оценить, и определения того, не снижает ли уголь, подлежащий проведению измерений, прочность кокса в значительной степени при использовании его для составления угольной смеси.
Решение проблемы
Сущность настоящего изобретения, которая может относиться к вышеописанным задачам, требующим разрешения, представляет собой следующее.
(1) Способ оценки угля, применяемого в качестве сырья для получения кокса, который включает в себя следующее: используют величину физической характеристики, относящейся к термопластичности угля, в качестве показателя для выполнения оценки угля, при этом к углю добавлен первичный или вторичный амин, включающий ароматический цикл, что в результате повышает термопластичность угля.
(2) Способ оценки по п. (1), в котором уголь имеет максимальную текучесть MF по Гизелеру, составляющую 20 ddpm или меньше, перед добавлением амина к углю.
(3) Способ оценки по п. (1) или (2), в котором амином является N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамин.
(4) Способ оценки по любому из пп. (1) - (3), в котором величины физических характеристик каждого угля из множества марок углей уже измерены; и множество значений прочности кокса уже определено, при этом каждое множество значений определяют для кокса, полученного карбонизацией смеси углей, включающей каждый уголь, величина физической характеристики которого уже измерена; при этом способ дополнительно включает в себя следующее: определяют значение физической характеристики, соответствующей заданному значению прочности кокса, исходя из формулы соотношений между измеренными значениями физических характеристик и множеством значений прочности кокса, соответствующих каждому из измеренных значений физической характеристики; и
осуществляют оценку угля, значение физической характеристики которого по данным измерения равно или больше определённого значения физической характеристики угля, являющегося применимым в виде сырья для получения кокса.
(5) Способ получения кокса с использованием способа оценки по п. (4), в котором:
осуществляют карбонизацию смеси углей, включающей в себя уголь, оцениваемый как применимый для получения кокса.
Полезные эффекты изобретения
Согласно настоящему изобретению для смеси углей можно определять уголь (в частности, неспекающийся или слабоспекающийся уголь), способный поддерживать прочность кокса на высоком уровне.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между обычными логарифмами (log MF [log ddpm]) максимальной текучести MF по Гизелеру оцениваемых углей и разностями ∆DI (DI (150/50)[-]), каждая из которых вычислена путём вычитания прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя соответствующую величину оцениваемых углей, из прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного из балансного угля, который является частью смеси углей, за исключением оцениваемого угля.
Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF углей, которые измеряли при увеличенной скорости повышения температуры, и значениями ∆DI.
Фиг. 3 включает в себя графики, каждый из которых иллюстрирует соотношение между долей смешения [масс. %] каждого из оцениваемых углей в составленной угольной смеси и log MF смеси углей.
Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF (оценочный log MF) оцениваемых углей, которые определяли на основе графиков, включённых в фиг. 3, и значениями ∆DI.
Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF оцениваемых углей, которые измеряли после добавления пека к углям, и значениями ∆DI.
Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF оцениваемых углей, которые измеряли после добавления амина к углям, и значениями ∆DI.
Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF оцениваемых углей, которые были включены в соответственные смеси углей, и значениями ∆DI.
Фиг. 8 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между значениями log MF оцениваемых углей, которые измеряли после добавления амина к углям, и значениями ∆DI.
Описание вариантов осуществления
Ниже описана трудность при измерении термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля и определении того, способен ли неспекающийся или слабоспекающийся уголь поддерживать прочность кокса на высоком уровне, в предшествующем уровне техники.
В качестве примеров неспекающихся или слабоспекающихся углей, подлежащих выполнению оценки, приготовляли четыре типа углей (угли A - D). Для каждого из углей A - D измеряли средний максимальный показатель отражения витринита Ro, содержание летучего вещества VM и максимальную текучесть MF по Гизелеру. Для измерения среднего максимального показателя отражения витринита Ro использовали метод, описанный в стандарте JIS M 8816. Для измерения содержания летучего вещества VM использовали метод, описанный в стандарте JIS M 8812. Для измерения максимальной текучести MF по Гизелеру, использовали метод, описанный в стандарте JIS M 8801. В таблице 1 приведены значения Ro [%], VM [% в расчёте на сухую основу] и MF [ddpm] каждого из углей A - D. Как показано в таблице 1 при помощи максимальной текучести MF по Гизелеру, угли A, B и D являются неспекающимися углями, а уголь C представляет собой слабоспекающийся уголь.
Таблица 1
Показатель
Ro
VM
MF
Единица
%
% в расчёте на сухую основу
ddpm
Уголь A (полуантрацит)
1,61
18,0
0
Уголь B (суббитуминозный уголь)
0,53
32,5
0
Уголь C (суббитуминозный уголь)
0,52
32,0
5
Уголь D (антрацит)
2,06
13,5
0
Влияние каждого из неспекающихся или слабоспекающихся углей (угли A - D) на прочность кокса, которое может иметь место при включении неспекающегося или слабоспекающегося угля в состав смеси углей, определяли с использованием печи для испытания на карбонизацию. Доли смешения неспекающихся или слабоспекающихся углей в смесях углей устанавливали равными 20% масс. Используемый балансный уголь представлял собой уголь, приготовленный путём смешивания множества марок углей таким образом, что средневзвешенный показатель Ro угля, взвешенный по долям смешения углей, составлял 1,03, а среднее значение обычных логарифмов MF (log MF) (средневзвешенное по долям смешения углей) составляло 2,3. Каждый из углей A - D смешивали с балансным углём для образования четырёх типов смесей углей.
3
3
3
Каждую из смесей углей загружали в сосуд для карбонизации так, что насыпная плотность смеси углей (в расчёте на сухую массу) составляла 930 кг/м. Хотя насыпная плотность загружаемого угля составляет примерно от 700 до 800 кг/м при работе обычной коксовой печи, в которую уголь загружают из верхней части камеры коксовой печи, испытание на карбонизацию, описанное в настоящем документе, проводили в условиях, когда насыпная плотность была относительно высокой с целью усиления различий между смесями углей. В связи с использованием углей, обладающих низким качеством, таких как неспекающиеся или слабоспекающиеся угли, насыпную плотность угля, загружаемого в коксовую печь, повышают путём механической обработки (например, путём загрузки с трамбованием) с целью сохранения прочности кокса после карбонизации даже в режиме работы промышленной коксовой печи, указанные выше условия испытания, в которых насыпную плотность каждой смеси углей (в расчёте на сухую массу) устанавливают равной 930 кг/м, являются предпочтительными для целей оценки результатов, которые могут быть получены в случае осуществления карбонизации при высокой насыпной плотности.
Карбонизацию угля выполняли в течение 6 часов в электрической печи, имеющей температуру 1050°C, с использованием 10-килограммовой массы, помещаемой в сосуд для карбонизации. Затем карбонизированный уголь извлекали из электрической печи и охлаждали азотом. Таким образом получали кокс. В соответствии со способом испытания прочности в барабане, описанным в стандарте JIS K 2151, осуществляли 150 оборотов каждого образца кокса при скорости вращения 15 об/мин и измеряли массовую долю частиц кокса, имеющих диаметр 15 мм или больше. Для выполнения оценки прочности кокса использовали показатель прочности при испытании в барабане DI (150/15) [-], вычисленный путём умножения на 100 данного массового отношения, нормированного на соответствующую характеристику кокса, который не подвергался вращению. Для образования кокса отдельно также карбонизировали балансный уголь, как при карбонизации смесей угля. Определяли прочность кокса при испытании в барабане DI (150/15) [-].
Применимость каждого из неспекающихся или слабоспекающихся углей в качестве сырья для получения кокса оценивали на основе разности ∆DI, вычисленной путём вычитания прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного только из балансного угля, из прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя соответствующий уголь из числа углей A - D. Отрицательная величина ∆DI указывает на то, что добавление неспекающегося или слабоспекающегося угля, снижало прочность кокса по сравнению с коксом, приготовленным только из балансного угля.
На фиг. 1 проиллюстрировано соотношение между значениями log MF углей A - D и значениями ∆DI. Хотя значения MF углей A, B и D равны 0 (ноль) ddpm, на графике фиг. 1 значения log MF углей A, B и D для удобства обозначены как «0».
График, отображённый на фиг. 1, подтверждает, что прочность кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя, по меньшей мере, уголь A, B или D, была ниже прочности кокса, приготовленного только из балансного угля. Подтверждается также, что, хотя значения log MF неспекающихся или слабоспекающихся углей (угли A - D) не изменяются в значительной степени, степени снижения (∆DI на фиг. 1) в рамках множества значений прочности кокса, приготовленного из смесей углей, по сравнению с прочностью кокса, приготовленного только из балансного угля, который не включает в себя неспекающегося или слабоспекающегося угля, изменялись в зависимости от типов неспекающихся или слабоспекающихся углей, включённых в состав смесей углей. Это доказывает трудность определения воздействия типа неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса только путём измерения величины физической характеристики (максимальная текучесть MF по Гизелеру) неспекающегося или слабоспекающегося угля, которая связана с термопластичностью.
Для испытания проверили способ, описанный в патентном документе 1 и патентном документе 2, которые представляют предшествующий уровень техники и в котором величину MF измеряют с увеличенной скоростью повышения температуры. В способе с использованием пластометра Гизелера реторту, в которую помещают образец угля, погружают в ванну для пайки, поддерживаемую при температуре 300°C, и нагревают со скоростью 3°C/мин. Авторы настоящего изобретения погружали реторту, включающую образец угля, помещённый в неё, в ванну для пайки, поддерживаемую при температуре 550°C, с целью увеличения скорости повышения температуры и измеряли текучесть образца угля. Измерение температуры внутри образца, нагреваемого в указанных выше условиях, подтвердило, что скорость повышения температуры составляла около 75°C/мин.
В таблице 2 представлены результаты измерения. На фиг. 2 проиллюстрировано соотношение между log MF и прочностью кокса. График, отображённый на фиг. 2, подтверждает изменение текучести среди марок угля. Однако ∆DI не повышалась с увеличением log MF. То есть, хорошая положительная корреляция между log MF и ∆DI не подтвердилась.
Таблица 2
Показатель
MF
MF при высокой скорости повышения температуры
Единица
Ddpm
Уголь A (полуантрацит)
0
336
Уголь B (суббитуминозный уголь)
0
0
Уголь C (суббитуминозный уголь)
5
29
Уголь D (антрацит)
0
1
Возможность оценки влияния неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса на основе оценочной текучести (максимальная текучесть по Гизелеру) неспекающегося или слабоспекающегося угля определяли путём применения патентного документа 3, который представляет собой предшествующий уровень техники. Спекающийся уголь добавляли к каждому из неспекающихся или слабоспекающихся углей, которые подлежали оценке, для приготовления смесей углей и оценивали значения MF образующихся смесей углей. Угли E и F получали как спекающиеся угли, которые служили балансным углём, являющимся частью смеси углей, при исключении углей A - D. В таблице 3 приведены значения Ro, VM и MF для углей E и F.
Таблица 3
Показатель
Ro
VM
MF
Единица
%
% в расчёте на сухую основу
ddpm
Уголь E
0,70
39,6
970
Уголь F
0,98
27,0
415
Смеси углей готовили так, чтобы выполнялось соотношение угли A – D: балансные угли E и F = 25% : 75% масс. Измеряли максимальную текучесть MF по Гизелеру для каждой смеси углей. Смеси углей готовили так, чтобы выполнялось соотношение угли A – D: балансные угли E и F = 50% : 50% масс. Измеряли максимальную текучесть MF по Гизелеру для каждой смеси углей. Когда доля смешения углей A – D составляет 0 % масс., смесь углей состоит только из угля E или F. В таком случае обычный логарифм log MF максимальной текучести MF по Гизелеру смеси углей можно определять исходя из величины MF в таблице 3. На фиг. 3 проиллюстрировано соотношение между долей смешения [масс. %] каждого из углей A - D в смеси углей и log MF [log ddpm] смеси углей. На фиг. 3(a) фиг. 3 проиллюстрировано соотношение между долей смешения каждого из углей A - D в смеси углей, которая включала в себя уголь E в качестве балансного угля, и максимальной текучестью MF по Гизелеру смеси углей; а на фиг. 3(b) проиллюстрировано соотношение между долей смешения каждого из углей A - D в смеси углей, которая включала в себя уголь F в качестве балансного угля, и максимальной текучестью MF по Гизелеру смеси углей.
Полые точки, изображённые на графиках фиг. 3(a) и 3(b), определены в результате построения графической зависимости данных, полученных путём экстраполяции наборов данных по долям смешения углей A – D, которые составляют 0%, 25% и 50% масс. для каждого, и соответствующим значениям log MF углей A - D. Поскольку каждая из смесей углей, характеризующихся долей смешения, равной 100% масс., состоит только из одного конкретного угля A - D, полагают, что значения log MF, соответствующие полым точкам, представляют собой значения log MF (оценочный log MF) углей A - D.
На фиг. 4 проиллюстрировано соотношение между оценочными значениями log MF углей A - D и разностями ∆DI. График фиг. 4 не подтверждает корреляции между оценочными величинами log MF и прочностью кокса. Это доказывает, что даже трудно оценивать влияние типа (угли A - D) неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса при помощи выполнения оценки максимальной текучести по Гизелеру неспекающегося или слабоспекающегося угля путём применения патентного документа 3.
К углям A - D добавляли 10% масс. спекающей добавки (асфальтовый пек или пек каменноугольной смолы), которая известна как способная повышать спекаемость угля. Затем измеряли максимальную текучесть MF каждого из углей A - D. Как и при построении графика фиг. 1, определяли соотношение между значениями log MF углей, включающих в себя спекающую добавку, и значениями ∆DI.
На фиг. 5 проиллюстрировано соотношение между log MF и ∆DI. В случаях, когда значения максимальной текучести MF углей A – D, к которым была добавлена спекающая добавка, были равны 0 ddpm, значения log MF углей на графике фиг. 5 обозначены как 0. Некоторые из нанесённых на график точек накладываются друг на друга, так как значения MF, относящиеся к каждому из углей A, C и D, которые измеряли после добавления к углю двух типов спекающих добавок, были равны друг другу. График фиг. 5 также не подтверждает корреляции между значениями log MF и значениями ∆DI. Это доказывает, что даже трудно оценивать влияние типа неспекающегося или слабоспекающегося угля (угли A - D) на прочность кокса в случае добавления спекающей добавки к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю с целью повышения термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля.
Как описано выше, в предшествующем уровне техники было трудно оценивать влияние неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса. Авторы настоящего изобретения проводили исследования в целях создания возможности осуществления данной оценки и в результате подтвердили, что один из способов риформинга угля, в котором с целью повышения текучести угля к нему добавляют первичный или вторичный амин, включающий ароматический цикл, описан в патентном документе 4. Авторы настоящего изобретения изучали возможность использования указанного выше амина для вышеописанной оценки и в результате обнаружили, что величина физической характеристики, относящейся к термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля, который включает первичный или вторичный амин, включающий ароматический цикл, характеризуется положительной корреляцией по отношению к прочности кокса. Таким образом было выполнено настоящее изобретение.
Конкретно, в настоящем изобретении к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю, подлежащему оценке, добавляют первичный или вторичный амин, включающий ароматический цикл, с целью повышения термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля, и неспекающийся или слабоспекающийся уголь оценивают при использовании, как измеряемой величины, величины физической характеристики неспекающегося или слабоспекающегося угля, которая относится к повышению термопластичности угля.
Первичный или вторичный амин, включающий ароматический цикл, предпочтительно представляет собой N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамин. Амин также может быть соединением, отличным от N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина, которое способно повышать термопластичность (текучесть) угля при добавлении к углю. Конкретные примеры такого соединения охватывают фенотиазин, карбазол и N-фенил-1-нафтиламин, которые описаны в патентном документе 4 в виде примеров.
Авторы настоящего изобретения дополнительно исследовали амины, способные заметно повышать величину MF угля, а также закономерность и в результате обнаружили, что при добавлении к углю термопластичность повышает амин, имеющий высокую температуру кипения. Считается, что, чем выше температура кипения амина, тем больше количество амина, остающееся в температурном диапазоне от 350°C до 550°C, в котором проявляется термопластичность угля, и выше точность отображения термопластичности угля. Среди вышеупомянутых аминов высокую температуру кипения имеет N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамин.
Далее описано испытание, проведённое для определения того, характеризуется ли величина физической характеристики, относящейся к термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля, включающего в себя амин, положительной корреляцией по отношению к прочности кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя неспекающийся или слабоспекающийся уголь. Величина физической характеристики, относящаяся к термопластичности, используемая в испытании, представляла собой максимальную текучесть MF по Гизелеру, измеряемую способом с использованием пластометра Гизелера, описанным в стандарте JIS M 8801. Амин, используемый в испытании, представлял собой N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамин, описанный выше.
К каждому из углей A - D добавляли амин в количестве, соответствующем 5% или 10% масс. от количества угля вместо 5% или 10% масс. количества угля и измеряли максимальную текучесть MF угля по Гизелеру. В таблице 4 приведены измеренные значения максимальной текучести MF по Гизелеру.
Таблица 4
Показатель
MF при добавлении 5 масс. % амина
MF при добавлении10 масс. % амина
Единица
ddpm
Уголь A (полуантрацит)
1
17
Уголь B (суббитуминозный уголь)
0
0
Уголь C (суббитуминозный уголь)
8
86
Уголь D (антрацит)
0
4
Значения MF, представленные в таблице 4, подтверждают, что добавление 10% масс. амина к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю, значение MF которого невозможно измерять без добавления амина к углю, повышает термопластичность угля и делает возможным измерение величины MF угля. С другой стороны, добавление 5% масс. амина к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю в некоторой степени повышает термопластичность угля, но не в состоянии заметно повышать термопластичность угля в зависимости от его марки. В таком случае величину MF угля, возможно, не удастся измерить.
Множество углей смешивали вместе для формирования угля (балансный уголь), характеризующегося средневзвешенным значением Ro, равным 1,03, и средневзвешенным значением log MF, равным 2,3. Балансный уголь смешивали с каждым из углей A - D так, что доля смешения углей A - D составляла 20% масс. Таким образом, приготовляли четыре типа смесей углей. Как и при построении графика фиг. 1, из каждой из четырёх смесей углей получали кокс и измеряли его прочность при испытании в барабане. Другой кокс приготовляли карбонизацией только балансного угля, измеряли его прочность при испытании в барабане и определяли ∆DI. Вышеупомянутые смеси углей не содержали N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина, который способен повышать термопластичность угля.
На фиг. 6 проиллюстрировано соотношение между значениями log MF углей, которые измеряли в случае добавления к углям 5% или 10% масс. N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина, и соответствующими значениями ∆DI. Точки, нанесённые на график фиг. 6, соответствующие углю B, накладываются друг на друга, вследствие того, что log MF угля B был равен 0, когда количество N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина, добавленного к углю B, составляло и 5% и 10% масс. График фиг. 6 подтверждает, что чем больше log MF угля, который измеряли после добавления к углю 10% масс. N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина, тем меньше степень снижения значений ∆DI в случае углей A, B и D. Подтверждается также, что значения ∆DI в случае угля C являются положительными.
Таким образом, график фиг. 6 подтверждает положительную корреляцию между максимальной текучестью по Гизелеру неспекающегося или слабоспекающегося угля, которую измеряют после добавления амина к углю, и прочностью кокса, полученного из смеси углей, которая включает в себя данный уголь. Положительная корреляция между ними указывает на возможность определения применимости неспекающегося или слабоспекающегося угля, значение термопластической характеристики которого трудно (или невозможно) измерять, в качестве сырья для получения кокса на основе текучести угля, которую измеряют после добавления к углю первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл.
Авторы настоящего изобретения провели дополнительное испытание, в котором оценивали различные типы неспекающихся или слабоспекающися углей с целью проверки хорошей положительной корреляции между текучестью неспекающегося или слабоспекающегося угля, которую измеряют после добавления к углю первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл, и прочностью кокса, полученного из смеси углей, которая включает в себя данный уголь. В таблице 5 представлены подвергнутые оценке неспекающиеся или слабоспекающиеся угли. Угли G – I, показанные в таблице 5, являются слабоспекающимися углями, имеющими низкую максимальную текучесть MF по Гизелеру.
Таблица 5
Показатель
Ro
VM
MF
Единица
%
% в расчёте на сухую основу
ddpm
Уголь G (битуминозный уголь)
1,000
26,6
20
Уголь H (битуминозный уголь)
1,017
23,9
1
Уголь I (битуминозный уголь)
0,794
33,6
3
3
В дополнительном испытании влияние каждого из слабоспекающихся углей (угли G - I) на прочность кокса, которое имеет место при включении слабоспекающегося угля в состав смеси углей, определяли с использованием печи для испытания на карбонизацию. С целью моделирования существующих рабочих условий, в которых среднее качество смеси углей доводят до заданного уровня, состав и качество остальной части каждой смеси углей, которая является частью смеси углей, отличной от неспекающегося или слабоспекающегося угля, подлежащего оценке, регулировали таким образом, что смесь углей, включающая в себя неспекающийся или слабоспекающийся уголь, обладала тем же средним качеством. Конкретно, регулирование качества балансного угля выполняли таким образом, что доля смешения неспекающегося или слабоспекающегося угля в каждой смеси углей составляла 0% или 15% масс., а средние качества смеси углей характеризовались средним показателем Ro, равным 1,05, и средним обычным логарифмом MF (log MF), равным 2,5. Таким образом, были приготовлены три смеси углей, включающие в себя соответственно три угля, представленных в таблице 5, и одна смесь углей, которая включает какого-либо из углей, показанных в таблице 5, то есть в общем итоге четыре смеси углей. Каждую смесь углей загружали в сосуд для карбонизации так, что насыпная плотность (в расчёте на сухую массу) смеси углей составляла 725 кг/м, при этом уголь загружают из верхней части камеры коксовой печи обычным образом. Карбонизацию осуществляли в отношении каждой смеси углей в течение 6 часов в электрической печи, имеющей температуру 1050 °C, с использованием 10-килограммовой массы, помещаемой в сосуд для карбонизации. Затем смеси карбонизированных углей извлекали из электрической печи и охлаждали азотом. Таким образом получали кокс. В соответствии со способом испытания прочности в барабане, описанным в стандарте JIS K 2151, осуществляли 150 оборотов каждого образца кокса при скорости вращения 15 об/мин и измеряли массовую долю частиц кокса, имеющих диаметр 15 мм или больше. Прочность кокса оценивали в виде показателя прочности при испытании в барабане ∆DI (150/15) [-], который вычисляли путём умножения на 100 данного массового отношения, нормированного на соответствующую характеристику кокса, который не подвергался вращению.
Применимость каждого из неспекающихся или слабоспекающихся углей в качестве сырья для получения кокса оценивали на основе разности ∆DI, вычисленной путём вычитания из прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного из смеси углей, которая включала в себя один из углей G - I, прочности при испытании в барабане кокса, приготовленного из смеси углей, которая не включала в себя какой-либо из углей G - I. Отрицательная величина ∆DI, относящаяся к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю, указывает на то, что добавление данного угля к смеси углей снижало прочность образующегося кокса, по сравнению с коксом, приготовленным из смеси углей, которая не включала какого-либо из углей G - I.
На фиг. 7 проиллюстрировано соотношение между значениями log MF углей G - I и соответствующими значениями ∆DI. На графике фиг. 7 показано, что прочность кокса, полученного из смеси углей, которая включала уголь H или I, была ниже прочности кокса, приготовленного из смеси углей, которая не включала уголь H или I. Подтверждается также, что, в случае значений log MF неспекающихся или слабоспекающихся углей (угли H и I), хотя уголь H характеризовался меньшим значением log MF, степень снижения (∆DI фиг. 7) прочности кокса, полученного из смеси углей, которая включала уголь H, в сопоставлении с прочностью кокса, приготовленного из смеси углей, которая не включала неспекающегося или слабоспекающегося угля, меньше степени снижения прочности кокса, приготовленного из смеси углей, которая включала уголь I. Это также подтверждает сложность выполнения точной оценки воздействия типа неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса только путём измерения величины физической характеристики (максимальной текучести по Гизелеру) неспекающегося или слабоспекающегося угля, которая относится к термопластичности.
N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамин, который выполнял функцию амина, добавляли к каждому из углей G – I в количестве, соответствующем 10% масс. от количества угля, вместо 10% масс. количества данного угля. Затем измеряли максимальную текучесть MF по Гизелеру каждого угля G – I, содержащего амин. В таблице 6 приведены результаты измерения максимальной текучести MF по Гизелеру.
Таблица 6
Показатель
MF при добавлении 10 масс. % амина
Единица
ddpm
Уголь G (битуминозный уголь)
31396
Уголь H (битуминозный уголь)
6167
Уголь I (битуминозный уголь)
588
Значения MF, представленные в таблице 6, подтверждают, что добавление 10% масс. данного амина к углям увеличивало значения MF углей, по сравнению со значениями MF углей, которые не содержали амин, то есть добавление амина к углям повышало их термопластичность. Подтверждается также, что порядок величин log MF углей, описанных в таблице 6, которые измеряли после добавления амина к углям, отличается от порядка величин log MF углей, описанных в таблице 5.
На фиг. 8 проиллюстрировано соотношение между значениями log MF углей, которые измеряли после добавления 10% масс. N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина к углям, и соответствующими значениями ∆DI. График фиг. 8 подтверждает, что чем больше log MF угля, который измеряли после добавления 10% масс. N,N'-ди-2-нафтил-p-фенилендиамина к углю, тем меньше степень уменьшения разности ∆DI.
Результаты испытания, на основе которых получен график фиг. 6, и результаты вышеупомянутого дополнительного испытания подтверждают, что имеется положительная корреляция между максимальной текучестью по Гизелеру слабоспекающегося угля, которую измеряли после добавления амина к углю, и прочностью кокса, приготовленного из смеси углей, которая включала данный уголь, даже в случае, если тип угля и его насыпную плотность изменяли при получении кокса. Соответственно, стало очевидным, что можно точно определять применимость неспекающегося или слабоспекающегося угля, величину термопластической характеристики которого трудно (или невозможно) измерять другим способом, в качестве сырья для получения кокса на основе текучести угля, которую измеряют после добавления к углю первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл.
Хотя в патентном документе 4 описано, что добавление первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл, к углю, повышает текучесть угля, известно, что пригодность угля в качестве сырья для получения кокса можно оценивать на основе текучести угля, которую измеряют после добавления к углю первичного или вторичного амина, включающего ароматический цикл. Способ согласно настоящему изобретению делает возможным выполнение оценки применимости угля, которую невозможно было оценить в предшествующем уровне техники, и осуществление чёткого определения того, применим данный уголь в качестве сырья для получения кокса или нет.
Применимость оценённого угля в качестве сырья для получения кокса можно определять следующим образом. В случае, если доступны многочисленные наборы данных по величине физической характеристики (максимальная текучесть по Гизелеру), связанной с термопластичностью, каждой из множества марок углей и прочности кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя данный уголь, и имеется положительная корреляция между значениями физической характеристики, связанной с термопластичностью углей, и множеством данных по прочности кокса, как на фиг. 6 и 8, применимость угля (в частности, неспекающегося или слабоспекающегося угля) в качестве сырья для получения кокса можно определять следующим образом.
[I] Формулу соотношений между величиной физической характеристики, связанной с термопластичностью угля, и прочностью кокса можно выводить, исходя из множественных наборов данных. Формулу соотношений можно выводить, например, с помощью построения калибровочной кривой методом наименьших квадратов или кривой, вычерченной от руки на графике фиг. 6 или 8.
[II] Величину физической характеристики угля, которая соответствует заданной прочности кокса (∆DI), определяют с использованием формулы соотношений, полученной выше в п. [I]. Заданная прочность кокса представляет собой прочность кокса, который можно использовать в рабочих условиях доменной печи, и её можно определять заранее. Например, разность (например, ∆DI) между прочностью кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя неспекающийся или слабоспекающийся уголь, и прочностью кокса, приготовленного из остальной части смеси углей, можно оценивать на основе наборов данных, полученных в результате испытания на карбонизацию. Если известна прочность кокса, приготовленного из остальной части смеси углей, к которой ещё не добавлен неспекающийся или слабоспекающийся уголь, можно определять прочность кокса, приготовленного из смеси углей, к которой добавлен неспекающийся или слабоспекающийся уголь, путём прибавления оцененной ∆DI к прочности кокса, приготовленного из остальной части смеси углей. Если прочность кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя неспекающийся или слабоспекающийся уголь, которая определена вышеописанным способом, больше прочности, требуемой для кокса, неспекающийся или слабоспекающийся уголь оценивают как являющийся применимым в качестве сырья для получения кокса. Это также делает возможным определение величины физической характеристики, относящейся к термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля, при которой прочность кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя данный неспекающийся или слабоспекающийся уголь, равна прочности, требуемой для кокса.
[III] Измеряют величину физической характеристики, связанной с термопластичностью угля, которую следует определять. Если значение физической характеристики данного угля больше конкретного значения физической характеристики, определённого выше, полагают, что кокс, приготовленный из смеси углей, включающей в себя данный уголь, обладает подходящей прочностью. В частности, если уголь, который подлежит измерению, добавляют к балансному углю с целью приготовления смеси углей, в доле смешения, в которой каждый из углей включали в состав смеси углей при получении вышеописанных наборов данных в п. [I], ожидается, что кокс, приготовленный из данной смеси углей, будет иметь прочность кокса больше заданной величины.
Однако, как показано при помощи точек, включённых в график фиг. 6, которые соответствуют результатам, полученным в случае, когда количество добавленного амина, составляло 5% масс., если количество добавленного амина излишне мало, термопластичность неспекающегося или слабоспекающегося угля может быть не в состоянии повышаться до достаточного уровня и в результате точность оценки термопластичности данного угля может ухудшаться. Таким образом, полагают, что существует подходящее отношение, при котором амин добавляют к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю с целью повышения термопластичности угля, в зависимости от типа амина и используемого неспекающегося или слабоспекающегося угля. Соответственно, авторы настоящего изобретения исследовали способ определения количества амина, которое является оптимальным для повышения термопластичности неспекающегося или слабоспекающегося угля, которое изменяется в соответствии с типом амина и маркой неспекающегося или слабоспекающегося угля.
Тип и количество амина, добавляемого к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю, определяют следующим образом.
[1] В качестве амина, подлежащего использованию, выбирают амин, способный повышать текучесть угля при добавлении к данному углю.
[2] Выбранный амин добавляют в заданном количестве к множеству типов углей (предпочтительно, неспекающимся углям, характеризующимся значением MF, равным 0), которые подлежат оценке. Затем измеряют значения MF углей.
[3A] Если значения MF углей, которые подлежат оценке, отличаются одно от другого, полагают, что количество и тип выбранного амина определяются как применимые для оценки.
[3B] Если значения MF углей, которые подлежат оценке, не отличаются один от другого, количество амина увеличивают или добавляют к углям другой амин, имеющий более высокую температуру кипения, чем амин, выбранный в [1]. После этого снова проводят измерение, описанное в [2].
После определения типа и адекватного количества амина, которое соответствует данному типу амина, к неспекающемуся или слабоспекающемуся углю добавляют конкретное количество амина, измеряют величину физической характеристики угля, которая относится к термопластичности, и применимость угля в качестве сырья для получения кокса можно оценивать с использованием измеренной величины физической характеристики как меры. Если значения физической характеристики углей, которые относятся к термопластичности, измеряют в тех же условиях с добавлением амина и заранее определяют корреляцию между измеренными значениями физической характеристики данных углей и множеством значений прочности кокса, приготовленного карбонизацией смесей углей, включающих в себя указанные угли, становится возможным определять применимость угля, применимость которого в качестве сырья для получения кокса неизвестна, в качестве сырья для получения кокса на основе величины физической характеристики данного угля, относящейся к термопластичности, которую измеряют более лёгким способом при добавлении амина к углю без проведения испытания на карбонизацию, которое требует усилия и времени. Карбонизация смеси углей, включающей в себя уголь, оценённый как применимый, создаёт возможность для получения кокса, способного сохранять высокую прочность.
Уголь, к которому добавляют амин, предпочтительно является неспекающимся или слабоспекающимся углём, имеющим максимальную текучесть MF по Гизелеру, равную 20 ddpm или меньше. В общем случае угли, характеризующиеся максимальной текучестью MF по Гизелеру, равной 0 ddpm, называются неспекающимися углями, а угли, имеющие максимальную текучесть MF по Гизелеру около 100 ddpm или меньше, называются слабоспекающимися углями. Поскольку максимальная текучесть по Гизелеру, измеренная способом в соответствии со стандартом JIS, представляет собой целое число, точность измерения является низкой, когда MF составляет 10 ddpm или меньше. С учётом вышесказанного, применение способа согласно настоящему изобретению в отношении угля, характеризующегося величиной MF, равной 10 ddpm или меньше, является особенно предпочтительным. Невозможно определять различие по термопластичности между углями, которые представляют собой неспекающиеся угли, характеризующиеся величиной MF, равной 0. Полезные эффекты настоящего изобретения, которые делают возможным выполнение оценки различия по термопластичности между углями, что оказывает влияние на характеристики коксуемости углей, на основе измерения значений MF углей, к которым добавлен амин, становятся заметными при использовании неспекающихся или слабоспекающихся углей, характеризующихся незначительной или довольно низкой максимальной текучестью MF по Гизелеру. Таким образом, целевым объектом выполнения оценки в настоящем изобретении является уголь, характеризующийся относительно низкой максимальной текучестью MF Гизелеру (MF ≤ 20 ddpm), термопластичность которого можно заметно повышать при добавлении амина к данному углю.
Хотя величиной физической характеристики, относящейся к термопластичности, используемой в описанном выше варианте осуществления, является максимальная текучесть MF по Гизелеру, величина физической характеристики, связанной с термопластичностью, используемая в настоящем изобретении, не ограничивается максимальной текучестью MF по Гизелеру. Примеры термопластических физических характеристик охватывают способность к расширению, липкость, проницаемость и вязкость расплавленного угля. Конкретные примеры величин физических характеристик включают в себя суммарное расширение, измеряемое при помощи дилатометра, удельный объём расширения, дальность проницания и вязкоупругость.
Хотя величины физической характеристики множества марок углей, которая относится к термопластичности, и множество значений прочности кокса непосредственно измерены соответственным образом в описанном выше варианте осуществления, их необязательно измеряют непосредственно как в настоящем изобретении. Если наборы данных по значениям физической характеристики углей, которая относится к термопластичности, и множеству значений прочности кокса доступны и предоставлены третьей стороной, можно выводить формулу соотношений между значениями физической характеристики углей и множеством значений прочности кокса, а также оценивать применимость угля в качестве сырья для получения кокса.
Как описано выше, способ выполнения оценки согласно настоящему изобретению делает возможным осуществление оценки влияния неспекающегося или слабоспекающегося угля на прочность кокса, приготовленного из смеси углей, включающей в себя данный неспекающийся или слабоспекающийся уголь. Это делает возможным определение угля (неспекающегося или слабоспекающегося угля) для смеси углей, которая способна сохранять высокую прочность кокса.