СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ВЫВЕТРИВАНИЯ УГЛЯ, СПОСОБ ОЦЕНКИ КОКСУЕМОСТИ ВЫВЕТРЕННОГО УГЛЯ, СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ВЫВЕТРИВАНИЯ УГЛЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОКСА Российский патент 2017 года по МПК G01N33/22 C10B57/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу оценки степени выветривания угля, который используется в качестве сырья для производства кокса, способу оценки коксуемости выветренного угля, способу контроля степени выветривания угля и к способу получения кокса.

Известный уровень техники

Кокс, который используется в доменной печи, должен быть достаточно прочным, то есть, иметь достаточную прочность для поддержания газопроницаемости доменной печи. Поскольку кокс обычно получают коксованием в коксовой печи угольной шихты, которую готовят смешиванием нескольких марок угля и свойства такого большого числа марок угля сильно влияют на прочность кокса.

На сталелитейном заводе, угольной шахте и т.п. уголь хранится на складе или т.п. до использования угля. Во время хранения уголь подвергается выветриванию в результате действия атмосферного воздуха. Известно, что выветривание влияет на свойства угля, такие как спекаемость, количество даваемой тепловой энергии, и различным образом на коксуемость углей (см. непатентный документ 1). Кроме того, сообщается, что, в случае, когда уголь (выветренный уголь), который был подвергнут выветриванию, добавляют к угольной шихте, наблюдается неожиданное снижение прочности кокса, который получают из такой угольной шихты (см. непатентный документ 2). Таким образом, в случае, когда выветренный уголь добавляют к угольной шихте, может неожиданно снижаться прочность. Поэтому была сделана попытка оценки степени выветривания угля, которая влияет на прочность кокса. Здесь "степень выветривания угля" относится к степени изменения свойств угля из-за выветривания и известные примеры осуществления способа оценки степени выветривания угля включают (А), (В) и (С) ниже.

(А) Способ определения степени выветривания с использованием текучести угля в качестве показателя

"Текучесть угля" относится к свойству, которое определяется с помощью способа определения текучести угля пластометром Гизелера, указанного в JIS M 8801, в котором максимальная текучесть MF используется в качестве показателя. Поскольку существует тенденция снижения максимальной текучести MF с увеличением числа дней выветривания, и поскольку максимальная текучесть MF используется в качестве одного из показателей контроля качества кокса, в частности, прочности кокса, максимальная текучесть MF имеет преимущество в том, что она используется в качестве показателя и для степени выветривания и контроля прочности (см. непатентный документ 3).

(B) Способ определения степени выветривания с использованием в качестве показателя химического состава газа, который образуется при нагреве угля.

Патентный документ 1 предлагает способ, в котором степень выветривания угля определяется с использованием в качестве показателя соотношение между содержанием трех составляющих, то есть, СН₄, СО и СО₂ в газе, образующемся при нагреве угля. С помощью этого способа можно определить степень выветривания угля, MF которого равна или ниже предела обнаружения при выветривании, и возможно оценить снижение прочности.

(C) Способ определения степени выветривания с использованием поверхностного натяжения угля в качестве показателя

Непатентный документ 4 раскрывает, что можно определить степень выветривания угля с использованием в качестве показателя поверхностное натяжение ненагретого угля, которое определяется с использованием метода пленочной флотации. Непатентный документ 4 описывает, что поверхностное натяжение угля возрастает по мере выветривания.

Список цитированных источников

Патентные документы

PTL 1: Публикация патента JP №3302446

Непатентные документы

NPL 1: Journal of the Fuel Society of Japan, vol. 58 (1979), p. 112

NPL 2: Coke Circular, vol. 37 (1988), p. 209

NPL 3: Coke Circular, vol. 23 (1974), p. 88

NPL 4: D.W. Fuerstenau and Jianli Diao: Уголь Preparation, vol. 10 (1992), p. 1-17

Краткое изложение существа изобретения

Техническая проблема

Хотя способы (А)-(С), описанные выше, были предложены в качестве показателя для оценки степени выветривания с учетом влияния на прочность кокса, способы имеют недостатки, как описано далее.

В случае способа (А), измерительная машина, применяемая в способе, широко используется и измерение легко выполнить. Однако, поскольку существует предел обнаружения измеряемого значения максимальной текучести MF, существует проблема в том, что трудно определить степень выветривание угля, имеющего низкую максимальную текучесть. Потому что максимальная текучесть MF уменьшается в результате выветривания и становится равной 0, когда выветривание доходит до определенной степени, что затрудняет продолжение определения степени выветривания. Кроме того, максимальная текучесть MF является важным показателем смешивания как средняя отражательная способность витринита Ro в угле и параметром, необходимым для оценки прочности кокса. Однако в случае, когда смешивают выветренный уголь, поскольку корреляция, которая установлена между прочностью кокса и средней максимальной отражательной способностью Ro витринита в угле и/или максимальной текучестью MF в случае, когда не смешивают выветренный уголь, не установлена, и поскольку прочность кокса значительно отличается от (ниже чем) оценки по корреляции, также существует проблема, в частности, в том, что максимальная текучесть MF не может быть использована в качестве показателя смешивания в случае, когда смешивают выветренный уголь.

В соответствии со способом (В) можно определить степень выветривания угля, имеющего низкую максимальную текучесть MF, и снижение прочности кокса. Однако, поскольку методика оценки снижения прочности кокса раскрыта только по результатам, в случае, когда коксуется один вид угля, и поскольку отсутствует упоминание об оценке прочности в случае, когда смешивают несколько видов угля, как в случае практической эксплуатации, существует проблема в том, что результат в случае угольной шихты не очевиден.

В случае способа (С), хотя описано, что существует корреляция между степенью выветривания угля и поверхностным натяжением угля, так как отсутствует упоминание о влиянии степени выветривания на изменение поверхностного натяжения, и прочность кокса в случае, когда коксуют уголь, трудно оценить коксуемость выветренного угля в случае, когда выветренный уголь используют для изготовления кокса. Здесь "коксуемость" относится, в случае, когда кокс получают из угля, к увеличению или снижению прочности кокса в результате использования угля при изготовлении кокса.

Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеописанной ситуации, и целью настоящего изобретения является предложение, с помощью показателя, которым может быть оценено влияние на прочность кокса, способа оценки степени выветривания угля и коксуемость выветренного угля в пределах, в которых степень выветривания и коксуемость не могут быть определены стандартными методами, и способа контроля степени выветривания угля, на основании которого можно добавлять выветренный уголь в угольную шихту, используемую для получения кокса без снижения прочности кокса с помощью показателя.

Решение проблемы

Цель настоящего изобретения для решения вышеописанных проблем состоит в следующем.

[1] Способ оценки степени выветривания угля, включающий использование поверхностного натяжения полукокса, который получают термообработкой выветренного угля в качестве показателя для оценки степени выветривания.

[2] Способ оценки коксуемости выветренного угля при получении кокса из угольной шихты, включающей выветренный уголь, включающий использование поверхностного натяжения полукокса, который получают термообработкой выветренного угля в качестве показателя для оценки снижения прочности кокса за счет выветривания.

[3] Способ контроля степени выветривания угля с использованием способа в соответствии с пунктом [1], включающий стадии: предварительного определения поверхностного натяжения каждой марки полукокса, которые получены термообработкой каждой из нескольких марок угля, размещенных на угольном складе, и предварительной оценки доли каждой из нескольких марок угля на угольном складе; и при кондиции несколько марок полукокса смешивают в соответствующих пропорциях для приготовления смеси полукокса, контроля степени выветривания каждой из нескольких марок угля, так что значение поверхностного натяжения на границе раздела фаз γ_inter смеси полукокса, которое получается из поверхностного натяжения и пропорций, составляет 0,03 мН/м или ниже.

[4] Способ контроля степени выветривания угля с использованием способа в соответствии с пунктом [1], включающий стадии: предварительно определяют поверхностное натяжение каждой марки полукокса, которые получены термообработкой каждой из нескольких марок угля, размещенных на угольном складе и предварительной оценки доли каждой из нескольких марок угля на угольном складе; и контроля степени выветривания контролируемой требуемой марки угля, размещенной на угольном складе, так что разница поверхностного натяжения Δγ относящегося к полукоксу составляла 1,5 мН/м или ниже, разница Δγ определяется между значением поверхностного натяжения полукокса, который получен термообработкой контролируемой требуемой марки угля и средневзвешенной величиной, которая рассчитывается по средневзвешенным значениям поверхностного натяжения марок полукокса, которые получены термообработкой остальных марок угля, отличных от контролируемой требуемой марки угля, находящейся на угольном складе в соответствии с долями остальных марок угля.

[5] Способ контроля степени выветривания угля с использованием способа в соответствии с пунктом [1], включающий контроль степени выветривания контролируемой требуемой марки угля, так что полукокс, который получен из выветренной контролируемой искомой марки угля, имеет поверхностное натяжение, соответствующее 39,5 мН/м или выше, значение 39,5 мН/м является поверхностным натяжением полукокса, который получен термообработкой при температуре 500°С выветренной марки угля.

[6] Способ получения кокса, включающий стадии: приготовления угольной шихты путем смешивания марок угля, степень выветривания которых контролируется способами по пунктам [3]-[5]; и получения кокса путем коксования угольной шихты.

Положительные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, с помощью поверхностного натяжения полукокса, который получают термообработкой выветренного угля, в качестве показателя степени выветривания угля, можно оценить степень выветривания угля даже в пределах, в которых степень выветривания не может быть определена обычными способами. Эта оценка дает возможность получать кокс одновременно с контролем степени выветривания угля в пределах диапазона, в котором может быть подавлено снижение прочности кокса. Соответственно, можно добавить выветренный уголь в угольную шихту, из которой получают кокс, имеющий требуемую прочность.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет график, иллюстрирующий зависимость между максимальной текучестью MF каждой из различных марок угля и поверхностным натяжением полукокса, который получают термообработкой каждой из различных марок угля.

Фиг. 2 показывает график, иллюстрирующий зависимость, в примере 1, между поверхностным натяжением на границе раздела фаз смеси полукокса и прочностью кокса, полученного коксованием угольной шихты.

Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий зависимость, в примере 1, между разницей между поверхностным натяжением полукокса, который получен из контролируемой требуемой марки угля, и средневзвешенной величиной поверхностного натяжения марок полукокса, который получен из остальных марок угля, и прочностью кокса, который получен коксованием угольной шихты.

Фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий зависимость, в примере 1, между поверхностным натяжением полукокса, который получен из контролируемой требуемой марки угля, и прочностью кокса, полученного коксованием угольной шихты.

Описание осуществлений

Полукокс получают термообработкой угля. Хотя на полукокс не обращается большое внимание в обычных технологиях производства кокса, авторы настоящего изобретения фокусируются на полукоксе, чтобы найти возможность оценки адгезии между двумя марками угля на основе разности поверхностного натяжения между двумя видами полукокса или на основе поверхностного натяжения на границе раздела фаз полукокса.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обращают внимание на феномен, в котором, если выветренный уголь добавляют к угольной шихте, возможно неожиданное снижение прочности кокса, который получают коксованием угольной шихты. Авторы настоящего изобретения тщательно провели исследования в отношении явления и вышеописанных данных, чтобы найти возможность оценки степени выветривания угля в смеси нескольких марок угля с использованием поверхностного натяжения полукокса, который получен из каждой из нескольких марок угля в качестве показателя. Кроме того, авторы настоящего изобретения установили, что можно контролировать прочность кокса путем оценки степени снижения прочности кокса за счет выветривания и контроля степени выветривания угля с использованием вышеописанного показателя, или поверхностного натяжения на границе раздела фаз смеси полукокса, которая приготовлена смешиванием нескольких марок полукокса.

Вообще известно, что, в случае, когда два вида материалов, имеющих различное поверхностное натяжение, соединяются друг с другом, сила адгезии возрастает с уменьшением разницы поверхностного натяжения. В процессе, в котором уголь превращается в кокс, уголь сначала сплавляется из-за нагрева и повторно затвердевает с образованием кокса. В таком процессе, два вида угля соединяются друг с другом с формированием прочной структуры кокса. До сих пор считалось, что, поскольку формируется такая адгезионная структура в результате соединения частиц угля, пластические свойства (например, максимальная текучесть MF) угля играют важную роль. В противоположность этому, поскольку авторы настоящего изобретения обратили внимание на явление, в котором различные виды угля соединяются друг с другом, полагая, что сила адгезии может влиять на прочность кокса в некотором роде, авторы настоящего изобретения провели исследования в отношении явления адгезии, и в результате эмпирически установили взаимосвязь между разницей в поверхностном натяжении и прочности кокса.

В случае, когда исследуется вышеописанное явление адгезии, считается предпочтительным использовать поверхностное натяжение пластичных частиц угля, которое определяется в интервале температур (350-800°С), в котором частицы угля начинают размягчаться, соединяться друг с другом, и затвердевать с образованием кокса в промышленном процессе. Потому что считается, что сила адгезии между частицами угля зависит от поверхностного натяжения размягченных пластичных частиц угля от начала размягчения до формирования кокса. Таким образом, предполагается, что предпочтительно определить поверхностное натяжение угля, имеющего адгезионную прочность в этом температурном диапазоне.

Однако способ определения поверхностного натяжения материала в диапазоне таких высоких температур не известен. Поэтому авторы настоящего изобретения экспериментировали с различными альтернативными методами для нахождения возможности выразить прочность адгезии между частицами угля с использованием поверхностного натяжения термообработанного угля, который был подвергнут тепловой обработке, в которой уголь сначала нагревают и затем охлаждают до комнатной температуры, предпочтительно быстро охлаждают, и что такое явление адгезии влияет на прочность кокса. Такой термообработанный уголь называют полукокс и, в частности, полукокс является термообработанным углем, который был нагрет в диапазоне температур (350-800°С), в котором частицы угля начинают размягчаться, соединяться друг с другом, и затвердевать с образованием кокса, и который был охлажден. Авторы настоящего изобретения полагают, что можно оценить степень выветривания угля, которая влияет на адгезионную прочность кокса, с помощью поверхностного натяжения полукокса в качестве показателя для оценки.

В общем, так как поверхностное натяжение на границе раздела фаз можно рассчитать из поверхностного натяжения, авторы настоящего изобретения тщательно проводили эксперименты на основе вышеописанного предположения, в особенности, чтобы уточнить, что, в случае, когда поверхностное натяжение на границе раздела фаз смеси полукокса, которую получают из угольной шихты, состоящей из нескольких марок угля, выше 0,03 мН/м, наблюдается снижение прочности кокса, который получают коксованием угольной шихты. В случае, когда число марок угля, которые подвергаются термообработке, равно n и где число марок полукокса из которых состоит смесь полукокса равно n, поверхностное натяжение на границе раздела фаз γ_inter смеси полукокса может быть представлено следующим реляционным выражением матриц W и Г.

Матрица 1

Здесь, в случае, когда число марок угля, из которых состоит угольная шихта, равно n, матрицы W и Г представлены реляционными выражениями далее в виде соотношения компонентов в смеси w_i для i-го угля, то есть угля i, и поверхностного натяжения на границе раздела фаз γ_ij между полукоксом i, который получен из i-го угля, то есть угля i, и полукоксом j, который получен из j-го угля, то есть угля j. В первую очередь предпочтительно, чтобы соотношение компонентов в смеси w_i задавалось соотношением компонентов в смеси полукокса в смеси полукокса, полученного из угольной шихты. Однако поскольку нет большой разницы между содержанием каждой марки полукокса в смеси полукокса и содержание каждой марки угля в угольной шихте даже после термообработки, w_i задается соотношением компонентов смеси каждого угля в угольной шихте.

Матрица 2

Матрица 3

Кроме того, в случае, когда число марок угля, из которых состоит угольная шихта, равно n, так как общее соотношение компонентов смеси всех составляющих марок угля равно 1, выполняется следующее реляционное выражение.

Матрица 4

Что касается поверхностного натяжения на границе раздела фаз γ_ij в реляционном выражении (2), γ_ij=γ_ij выполняется по их определению. Поверхностное натяжение на границе раздела фаз между двумя марками полукокса представлено следующим реляционным выражением для поверхностного натяжения γ_i полукокса I и поверхностного натяжения γ_j полукокса j на основе реляционного выражения Ли и Неймана.

Матрица 5

Здесь константа β равна 0,0001247 (м²/мДж)².

С использованием нижеприведенного реляционного выражения (6), которое получено путем упрощения реляционного выражения (1) с помощью дисперсии σ_γ² поверхностного натяжения смеси полукокса, может быть вычислена величина поверхностного натяжения на границе раздела фаз полукокса γ_inter, вычисленная с использованием вышеуказанного реляционного выражения (6), практически равная величине, рассчитанной с использованием реляционного выражения (1) и отсутствуют практические проблемы из-за разницы.

Матрица 6

Дисперсия σ_γ² в реляционном выражении (6) может быть рассчитана с помощью нижеприведенного реляционного выражения (7).

Матрица 7

Кроме того, поверхностное натяжение на границе раздела фаз смеси полукокса уменьшается с уменьшением разницы поверхностного натяжения между несколькими марками полукокса, которые получены из нескольких марок угля, и поверхностное натяжение на границе раздела фаз увеличивается с увеличением разницы поверхностного натяжения. Поэтому для предотвращения снижения прочности кокса предпочтительно смешать марки угля, которые становятся марками полукокса, имеющими поверхностное натяжение близкое друг к другу. С учетом этого, авторы настоящего изобретения провели тщательные исследования и эксперименты и в результате также установили, что, в случае, когда разница в поверхностном натяжении марок полукокса используется в качестве показателя, когда разница Ау поверхностного натяжения между полукоксом, который получен из угольной шихты, состоящей из одного или нескольких марок угля, выбранных из всех марок угля и полукоксом, который получен из остальных марок угля, отличных от марок угля, используемых для угольной шихты среди всех марок угля, выше 1,5 мН/м, имеется значительное снижение прочности кокса, который получен из всех марок угля. В настоящем изобретении, даже если число марок угля, из которых состоит угольная шихта, не представлено множественным числом, но является единицей, угольная шихта называется "смесью" для целей описания.

Далее будет описано поверхностное натяжение полукокса. Во-первых, будет описан способ получения полукокса. Целесообразно, чтобы температура, при которой нагревают уголь для приготовления полукокса, была в диапазоне температур, в котором частицы угля нагревают для начала размягчения, соединения друг с другом и затвердевания с образованием кокса, то есть от температуры, равной или выше 350°С, при которой частицы угля начинают размягчаться, до температуры, равной или ниже 800°С, при которой завершается коксование. Таким образом, предпочтительно полукокс получают нагреванием угля при температуре 350°С или выше и затем охлаждением угля в атмосфере изолированной от воздуха или в атмосфере инертного газа. Поскольку температура, которая особенно способствует адгезии в диапазоне температур нагрева 350°С или выше и 800°С или ниже является температурой, при которой происходит размягчение, поскольку в диапазоне температур, в котором происходит размягчение угля в процессе приготовления кокса составляет 350°С или выше и 550°С или ниже, и, поскольку считается, что адгезионная структура ограничена температурой около 500°С, особенно предпочтительно, чтобы температура нагрева составляла около 500°С, то есть 480°С или выше и 520°С или ниже. То есть предпочтительно, чтобы температура нагрева для обработки выветренного угля с целью получения полукокса составляла 350°С или выше и 800°С или ниже, более предпочтительно 350°С или выше и 550°С или ниже, или более предпочтительно 480°С или выше и 520°С или ниже.

Уголь охлаждают в атмосфере инертного газа для того, чтобы уменьшить погрешность измерения поверхностного натяжения, потому что, поскольку уголь имеет высокую температуру непосредственно после нагрева, происходит структурное изменение из-за частичного окисления поверхности угля в случае, когда охлаждение осуществляют в атмосфере, содержащей кислород, что приводит к погрешности измерений поверхностного натяжения. В качестве инертного газа может быть использован такой как гелий или аргон, или азот, и целесообразно использовать газообразный азот.

Кроме того, предпочтительно уголь быстро охлаждать после нагрева. Нагретый уголь быстро охлаждают, чтобы сохранить молекулярную структуру, которая была сформирована в размягченном состоянии, и предпочтительно охлаждение выполнять при скорости охлаждения 10°С/сек или выше, при которой, как считается, молекулярная структура не меняется. Хотя примеры способа быстрого охлаждения включают способ с использованием жидкости, такой как жидкий азот, ледяная вода, или вода, или инертный газ, такой как газообразный азот, поскольку охлаждение газом занимает много времени для охлаждения внутренней части угля и вызывает изменения скорости охлаждения, и поскольку охлаждение ледяной водой или водой влияет на результаты измерения поверхностного натяжения за счет адгезии воды, предпочтительно быстрое охлаждение выполнять с использованием жидкого азота. В частности, целесообразно сосуд, содержащий уголь, погружать в жидкий азот.

Способ выполнения термообработки угля в настоящем изобретении состоит в следующем.

(a) Уголь измельчают. Желательно уголь измельчать до частиц диаметром 250 мкм или менее в соответствии с техническим анализом угля, предусмотренным в JIS 8812.

(b) Уголь измельченный в процессе (а) нагревают при соответствующей скорости нагрева. Предпочтительно, чтобы скорость нагрева определялась в соответствии со скоростью нагрева, при котором кокс будет оцениваться по поверхностному натяжению и получалось поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Целесообразно, чтобы уголь нагревался до температуры 350°С или выше и 800°С или ниже, как описано выше.

(c) Уголь нагретый в процессе (b) охлаждают жидким азотом. Предпочтительно, чтобы быстрое охлаждение выполнялось с помощью вышеописанного способа.

Далее будет описан способ определения поверхностного натяжения. Известные примеры метода определения поверхностного натяжения включают метод лежащей капли, метод капиллярного поднятия жидкости, метод определения максимального давления в пузырьке газа, метод висящей капли, метод по измерению массы капли, метод уравновешивания пластины (метод Вильгельми), увеличения/снижения краевого угла смачивания, метод кольца, метод наклона пластины, метод измерения времени удерживания, пленочного флотации и т.п.Так как уголь состоит из различных молекулярных структур, предполагается, что поверхностное натяжение угля не является однородным. Таким образом, особенно предпочтительно использовать метод пленочной флотации (DW Fuerstenau;. "International Journal of Mineral Processing, 20 (1987), p. 153.), потому предполагается возможность оценки распределения поверхностного натяжения.

Далее будут описаны различные условия для определения поверхностного натяжения с помощью метода пленочной флотации. Поскольку величина поверхностного натяжения угля находится в диапазоне 20-73 мН/м при комнатной температуре и когда происходит размягчение, целесообразно использовать жидкость, имеющую поверхностное натяжение в этом диапазоне в методе пленочной флотации. Можно приготовить жидкость, имеющую поверхностное натяжение 20-73 мН/м из водного раствора органического растворителя, такого как этанол, метанол, пропанол, трет-бутанол или ацетон. Можно определить распределение поверхностного натяжения образца помещая частицы образца на различные виды жидкостей, имеющих различное поверхностное натяжение, путем определения доли массы плавающих частиц образца для каждого вида жидкости, и представления результатов в виде кривой плотности распределения. Что касается диаметра частиц образца, поверхностное натяжение которого определяется, предпочтительно определить, поверхностное натяжение, когда краевой угол образца с жидкостью почти равен 0°, и поскольку краевой угол возрастает с увеличением диаметра частиц измельченного образца, предпочтительно, чтобы диаметр частиц был как можно меньше. Однако, поскольку частицы имеют тенденцию к агрегации в случае, когда диаметр частиц образца менее 53 мкм, предпочтительно измельчать образец так, чтобы диаметр частиц образца составлял 53-150 мкм, чтобы предотвратить агрегацию.

Поскольку метод пленочной флотации использует явление флотации материала (частиц образца) за счет поверхностного натяжения, необходимо, чтобы измерение проводилось при условии, когда вес материала незначителен. Потому что краевой угол увеличивается из-за влияния силы тяжести в том случае, когда плотность материала является высокой. Таким образом, предпочтительно измеряют поверхностное натяжение материала, имеющего плотность 2000 кг/м³ или менее, для которой считается, что краевой угол не зависит от силы тяжести. Так как различные виды угля и полукокса удовлетворяют этому условию, то можно использовать порошкообразные уголь и полукокс всех видов, в качестве частиц образца для метода пленочной флотации и определять методом поверхностное натяжение всех видов угля, таких как коксующийся уголь, некоксующийся или слабо-коксующийся уголь и антрацит, независимо от вида угля. Кроме того, также можно измерить поверхностное натяжение добавок, таких как смолы, масла, нефтяной кокс, коксовая мелочь, пыль, отходы пластмасс и биомасса таким же образом.

Пример способа приготовления образцов угля, которые используются для метода пленочной флотации, будут описаны в следующих процессах.

(a') Уголь измельчают до частиц диаметром 200 мкм или менее.

(b') Уголь, который был измельчен в процессе (а'), нагревают до температуры 500°С со скоростью нагрева 3°С/мин в токе инертного газа. Скорость нагрева в вышеуказанном процессе (b’) задают равной 3°С/мин, поскольку скорость нагрева составляет 3°С/мин, когда кокс получают в коксовой печи.

(с') Уголь нагретый в процессе (b') быстро охлаждают жидким азотом.

(d') Уголь быстро охлажденный в процессе (с') измельчают до диаметра частиц 150 мкм или менее и измельченный уголь сушат при температуре 120°С в течение 2 часов в потоке сухого инертного газа. Любой способ сушки могут быть использован в процессе (d'), посредством которого удаляется вода, связанная с поверхностью частиц, и способ, в котором сушка осуществляется при пониженном давлении, может быть использован в дополнение к способу, в котором осуществляется нагрев до температуры 100-200°С в атмосфере инертного газа, такого как азот или аргон.

Примеры показателя поверхностного натяжения полукокса включают среднее значение распределения поверхностного натяжения (среднее поверхностное натяжение), стандартное отклонение распределения поверхностного натяжения, значение пика поверхностного натяжения в распределении поверхностного натяжения, два значения максимального поверхностного напряжения и минимальное поверхностное натяжение в распределении поверхностного натяжения, и функцию распределения поверхностного натяжения. Среднее значение распределения поверхностного натяжения (среднее значение γ) выражается, например, реляционным выражением (8) ниже. Значение поверхностного натяжения полукокса может быть указано в виде среднего значения распределения поверхностного натяжения, значение которое считается, имеют высокую точность среди нескольких определенных значений поверхностного натяжения, или средним значением таких определенных значений. Наиболее предпочтительно поверхностное натяжение полукокса в способе настоящего изобретения указывается средним значением распределения поверхностного натяжения, которое получено с использованием способа пленочной флотации.

Матрица 8

Здесь γ с чертой сверху: среднее значение распределения поверхностного натяжения;

γ: поверхностное натяжение; и

f(γ): плотность распределения поверхностного натяжения

Авторы настоящего изобретения измеряли поверхностное натяжение полукокса, который был получен термообработкой при температуре 500°С марок угля, используемых для изготовления кокса из марок угля, которые не являются выветренными. Из результатов измерений, поверхностное натяжение полукокса, определенное с использованием вышеописанного метода, составляло 37,0-45,0 мН/м с погрешностью измерения 0,4 мН/м. Такие значения поверхностного натяжения и погрешности измерения относятся к среднему значению распределения поверхностного натяжения полукокса, определенного с использованием вышеописанного метода, и далее значение представленное в виде поверхностного натяжения относится к вышеописанному среднему значению распределения поверхностного натяжения, если не указано иное.

Далее будет описано изменение поверхностного натяжения полукокса за счет выветривания. Как описано выше, авторы настоящего изобретения экспериментами выяснили в дополнение к влиянию поверхностного натяжения полукокса на адгезию угля, не только то, что поверхностное натяжение полукокса влияет на адгезию угля, но также, что поверхностное натяжение полукокса снижается за счет выветривания.

Эксперимент

Угли A-E, которые использовались в настоящих экспериментах и свойства марок угля и марок полукокса, которые были получены из марок угля, приведены в таблице 1. Такие марки полукокса были получены с использованием вышеуказанных процессов (a')-(d').

В настоящих экспериментах изобретатели исследовали взаимосвязь между степенью выветривания углей А-Е и поверхностным натяжением марок полукокса, которые были соответственно приготовлены из углей А-Е. Среди углей, указанных в таблице 1, уголь с индексом 0 указывает уголь до проведения выветривания, уголь с индексом 1 указывает уголь, который был подвергнут ускоренному выветриванию при температуре 150°С в течение 3 часов при нагревании в атмосфере воздуха, и уголь с индексом 2 указывает уголь, который был подвергнут ускоренному выветриванию при температуре 150°С в течение 5 часов при нагревании в атмосфере воздуха. В частности, в случае угля А, уголь с индексом 3 указывает уголь, который был подвергнут самопроизвольному выветриванию в течение 3 месяцев в атмосферном воздухе.

Кроме того, авторы настоящего изобретения определили максимальную текучесть MF каждого из углей, указанных в таблице 1, и поверхностного натяжения полукокса, которые получали из каждого из указанных углей. Результаты определения приведены на фиг. 1. На фиг. 1 значение измерения MF 0 ddpm обозначено точкой 0 на линии logMF. Поверхностное натяжение γ [мН/м] в таблице 1 указывает значение поверхностного натяжения полукокса, который был приготовлен из соответствующего угля, указанного в колонке "Название угля". Значение поверхностного натяжения представляет собой среднее значение распределения поверхностного натяжения, которое было получено с помощью метода пленочной флотации, как описано выше.

В таблице 1 приведены средняя максимальная отражательная способность Ro витринита углей и максимальная текучесть MF для каждого названия угля. Как описано в "(А) Способ определения степени выветривания с использованием текучести угля в качестве показателя" в известном уровне техники, максимальная текучесть MF является одним из показателей для определения степени выветривания. Известно, что при протекании выветривания угля максимальная текучесть MF угля уменьшается. Средняя максимальная отражающая способность витринита Ro углей в таблице 1 дается для справки. Значение зольности и значение VM в таблице 1 являются значением, определенным для угля до проведения выветривания, и изменение значения зольности или значения VM за счет выветривания не наблюдалось. Здесь значения зольности и VM в таблице 1 относятся к сухой массе, и выражаются в единицах [%, d.b. (по сухому шарику термометра)] в таблице 1.

Как видно из фиг. 1, понятно, что, в случае одной марки угля с уменьшением максимальной текучести MF при выветривании поверхностное натяжение полукокса, который получен из выветренного угля, уменьшается. Из результатов для угля А₃, понятно, что снижается поверхностное натяжение из-за самопроизвольного выветривания, как и в случае с ускоренным выветриванием путем нагрева. Таким образом, выясняется, что определением поверхностного натяжения в точке отсчета, когда начинается оценка степени выветривания, например, сразу после начала хранения и определением поверхностного натяжения в момент, когда оценивают степень выветривания, можно количественно оценить степень выветривания.

Поскольку поверхностное натяжение полукокса, который получен нагревом угля, уменьшается в ходе выветривания, что является противоположным изменению поверхностного натяжения угля, не подвергнутого нагреву, в сторону увеличения в ходе выветривания, как указано в не патентном документе 4, то понятно, что вышеописанные экспериментальные результаты не могут быть получены из результатов не патентного документа 4.

В случае, когда максимальная текучесть MF используется в качестве показателя степени выветривания, MF снижается до 0 ddpm (предел обнаружения) за счет выветривания, невозможно оценить степень выветривание угля, даже если выветривание угля продолжается. С другой стороны, в случае, когда степень выветривания угля оценивают с помощью поверхностного натяжения полукокса в качестве показателя, можно обнаружить разницу в степени выветривания между указанными углями A₁ и А₂, которые имеют максимальную текучесть MF 0 ddpm.

Как описано выше, авторы настоящего изобретения выяснили, что поверхностное натяжение γ полукокса коррелирует со степенью выветривания угля через максимум текучести MF угля. Из этого разъяснения, предполагается, что поверхностное натяжение на границе раздела фаз полукокса, которое рассчитывается на основе поверхностного натяжения полукокса, коррелирует со степенью выветривания угля.

На сегодняшний день, было сообщено, что существует неожиданное снижение прочности при смешивании с выветренным углем. Полагают, что это вызвано сильным влиянием уменьшением поверхностного натяжения за счет выветривания. Авторы настоящего изобретения провели дополнительные эксперименты, относящиеся к снижению прочности кокса, полученного коксованием угольной шихты, которую готовят смешиванием с выветренным углем. В результате экспериментов авторы настоящего изобретения обнаружили зависимость между поверхностным натяжением полукокса и прочностью кокса, для которой имеется значительное снижение прочности кокса в случае, когда поверхностное натяжение на границе раздела фаз полукокса, который получен из угольной шихты, составляет более 0,03 мН/м. Авторы настоящего изобретения сосредоточились на этой зависимости полагая, что существует взаимосвязь между прочностью кокса и разнице в поверхностном натяжение между двумя видами полукокса, где один из них получен из выветренных марок угля, а другой, получен из остальных марок угля угольной шихты, отличных от выветренных марок угля, и имеется значительное снижение прочности кокса в случае, когда разница в поверхностном натяжении выше, чем некоторое пороговое значение. Таким образом, авторы настоящего изобретения провели дальнейшие дополнительные эксперименты и в результате уточнили, что имеется значительное снижение прочности кокса в случае, когда разница поверхностного натяжения между двумя видами полукокса выше 1,5 мН/м. Кроме того, авторы настоящего изобретения изучили наличие порогового значения для разницы в поверхностном натяжении полукокса и полагают, что существует также такое пороговое значение для поверхностного натяжения полукокса, и провели дальнейшие дополнительные эксперименты. В результате авторы настоящего изобретения установили, что, в случае, когда значение поверхностного натяжения полукокса, который получен термообработкой при температуре 500°С составляет 39,5 мН/м, это является критическим значением при котором снижается прочность кокса.

Из рассмотрения и результатов дополнительных экспериментов по смешиванию и использованию: выветренного угля без снижения прочности кокса, выясняется, что приемлемо выветренный уголь смешивать и использовать так, чтобы поверхностное натяжение на границе раздела фаз полукокса, который получен из угольной шихты, не превышало 0,03 мН/м, или так, чтобы разность поверхностного натяжения между двумя видами полукокса, которые получены из выветренных марок угля и остальных марок угля, не превышала 1,5 мН/м. Кроме того, также было установлено, что подходящим является выветренный уголь, полукокс из которого имеет поверхностное натяжение, соответствующее значению 39,5 мН/м или выше. Значение 39,5 мН/м означает поверхностное натяжение полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С выветренного угля, используемого для угольной шихты. Здесь некоторые из дополнительных экспериментов описаны в примере 1 ниже, и пороговое значение и критическое значение, описанные выше, показаны на фиг. 2-4.

В случае одной марки угля, хотя возможно получить пороговое значение поверхностного натяжения полукокса, которое влияет на прочность кокса, основываясь на результатах испытания коксования, как описано в примере, пороговое значение также можно получить расчетом. Например, в предположении, что марки угля, которые должны содержаться в угольной шихте для производства кокса выбраны, фокусируясь на определенной марке угля из марок угля, которые содержаться в угольной шихте, в случае, когда значение поверхностного натяжения полукокса, который получен из целевой марки угля, изменяется за счет выветривания целевой марки угля, можно рассчитать величину поверхностное натяжение на границе раздела фаз смеси полукокса, которая получена из угольной шихты. Расчетом поверхностного натяжения на границе раздела фаз обычных смесей угля для производства кокса с использованием вышеописанного способа, было установлено, что в случае, когда значение поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С целевой марки угля, ниже 39,5 мН/м, поверхностное натяжение смеси полукокса, как правило, выше 0,03 мН/м. Поэтому в случае, когда происходит снижение поверхностного натяжения полукокса за счет выветривания, если полукокс имеет поверхностное натяжение 39,5 мН/м или выше с точки зрения поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С выветренного угля, так как поверхностное натяжение на границе раздела фаз смеси полукокса составляет 0,03 мН/м или ниже, предполагается, что можно добавить уголь, из которого готовят полукокс, в угольную шихту без снижения прочности кокса, который получают коксованием угольной шихты.

Способ контроля степени выветривания угля

Как описано выше, в случае, когда происходит снижение поверхностного натяжения полукокса, который получен из определенной марки угля, который был подвергнут выветриванию, происходит увеличение разницы поверхностного натяжения между полукоксом и полукоксом, который получен из марок угля, отличных от выветренной марки угля, и в результате, происходит снижение прочности кокса, который получен коксованием угольной шихты, содержащей выветренную марку угля. Поэтому для предотвращения уменьшения поверхностного натяжения за счет выветривания при хранении с целью предотвращения снижения прочности кокса, предпочтительно контролировать степень выветривания угля в определенном пределе. Авторы настоящего изобретения провели различные исследования способа контроля уменьшение поверхностного натяжения за счет выветривания с использованием вышеописанного поверхностного натяжения или поверхностного натяжения на границе раздела фаз полукокса, в качестве показателя.

Существует тот факт, что снижение прочности кокса за счет выветривания угля обусловлено разницей поверхностного натяжения между марками угля, когда происходит размягчение. Этот факт указывает на возможность того, что существует разница в поверхностном натяжении между полукоксом, который получен из выветренной марки угля, содержащейся в угольной шихте и, полукоксом, который получен из марок угля, содержащихся в угольной шихте, отличных от выветренной марки угля и что разница играет важную роль. Например, существует случай, когда выветренную марку угля, который является источником полукокса, который вызывает уменьшение поверхностного натяжения за счет выветривания, добавляют к угольной шихте в качестве сырья для кокса. Если поверхностное натяжение полукокса, который получен из остальных марок угля в угольной шихте, отличных от выветренной марки угля, близко к поверхностному натяжению полукокса, который получен из выветренной марки угля, снижение прочности кокса менее вероятно. Поэтому для выбора контрольного значения поверхностного натяжения полукокса, который получен из выветренной марки угля, целесообразно учитывать поверхностное натяжение полукокса, который получен из каждой из марок угля, которые используются совместно с выветренной маркой угля.

Способ контроля степени выветривания угля в соответствии с настоящим изобретением основан на предположении, что степень выветривания угля контролируется, когда уголь хранится, например, на шихтовом дворе. То есть, так как выветривание угля самопроизвольно проходит в атмосферном воздухе, можно предотвратить снижение прочности кокса в течение длительного срока, например, в случае, когда возможно контролировать степень выветривания каждой марки угля и использовать выветренную марку угля до достижения предела степени выветривания. В случае способа контроля степени выветривания в соответствии с настоящим изобретением, поверхностное натяжение каждой марки полукокса, который получен из каждой из марок, находящихся на угольном складе, которые могут быть использованы для производства кокса, определяется заранее (предварительно). Кроме того, доля каждой марки угля на всем угольном складе предварительно оценивают, чтобы контролировать степень выветривания марки угля. "Угольный склад" относится к углю, хранящемуся в месте хранения, таком как шихтовый двор, и обычно несколько марок угля хранятся в месте хранения. Кроме того, "доля каждой марки угля во всем угольном складе" относится к количественному соотношению каждой марки угля в угольном складе. Здесь в случае угля, который планируется хранить, если поверхностное натяжение полукокса, который получен из угля, и количество хранящегося угля известны, уголь может рассматриваться как часть угольного склада.

Примеры способа определения распределения поверхностного натяжения включают способ, в котором распределение поверхностного натяжения получают определением поверхностного натяжения полукокса с помощью вышеописанного метода пленочной флотации, способа, в котором распределение поверхностного натяжения, получают с использованием значения поверхностного натяжения, независимо определенного с использованием метода пленочной флотации или другого метода, а также способ, в котором распределение поверхностного натяжения получено независимо.

В настоящем изобретении, в частности, предпочтительно степень выветривания нескольких марок угля, находящихся на угольном складе контролировать с использованием в качестве показателя поверхностное натяжение на границе раздела фаз или поверхностное натяжение нескольких марок полукокса, которые получены из нескольких марок угля и с использованием методов контроля (1)-(3), описанных ниже. Хотя предполагается, что 10 марок угля находятся на угольном складе в методах контроля (1)-(3) ниже, в настоящем изобретении нет особых ограничений в отношении числа марок угля, находящихся на угольном складе.

Способ контроля (1)

[1i] Одну марку угля, чья степень выветривания контролируется, выбирают из 10 марок угля, находящихся на угольном складе.

[1ii] Значение поверхностного натяжения рассчитывается по вышеуказанному реляционному выражению (1) или реляционному выражению (6) из поверхностного натяжения 10 марок полукокса, которое получено соответственно для 10 марок угля и доли 10 марок уголь на всем угольном складе. В реляционном выражении (3) и реляционном выражении (7) доля в смеси wi равна относительному содержанию каждой марки угля на угольном складе.

[1iii] Используя значение поверхностного натяжения каждого полукокса, который получен из каждой из марок угля, выбранных в процессе [1i] выше, которое выбрано так, что значение поверхностного натяжения рассчитанное в процессе [1ii] выше составляет 0,03 мН/м или ниже в качестве контрольной величины, степень выветривания контрольной целевой марки угля регулируется таким образом, что значение поверхностного натяжения не равно или ниже, чем контрольное значение.

Способ контроля (2)

[2i] Одну марку угля (контрольная целевая марка), чья степень выветривания контролируется, выбирают из нескольких марок угля, находящихся на угольном складе.

[2ii] Рассчитывается средневзвешенное поверхностное натяжение марок полукокса, которые получены из остальных марок угля, отличных от контролируемой целевой марки угля, выбранной в [2i] выше, среди нескольких марок угля, взвешенное по доле остальных марок угля.

[2iii] Степень выветривания контролируемой целевой марки угля контролируется так, что разность поверхностного натяжения между средневзвешенной величиной и величиной поверхностного натяжения полукокса, который получен из контролируемой целевой марки угля, составляет 1,5 мН/м или ниже.

Способ контроля (3)

Степень выветривания контролируемой целевой марки угля контролируется так, что полукокс, который получен выполнением термообработки контролируемой целевой марки угля, имеет поверхностное натяжение 39,5 мН/м или более, значение 39,5 мН/м является поверхностным натяжением полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С выветренного угля. Хотя преимущественно контролируют степень выветривания так, что поверхностное натяжение составляет 39,5 мН/м или выше в том случае, когда определяется и контролируется поверхностное натяжение полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С, отсутствует необходимость в ограничении температуры термообработки 500°С. Однако, поскольку поверхностное натяжение полукокса изменяется в зависимости от температуры приготовления полукокса для одного и того же угля, контрольным значением поверхностного натяжения полукокса является значение, эквивалентное 39,5 мН/м, относительно поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С в случае, когда поверхностное натяжение полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре, отличной от 500°С, используется для контроля. В случае, когда полукокс получен при температуре, отличной от 500°С, определяют с использованием, в частности, процесса [A] и [B] и/или [C] ниже, имеет или нет полукокс, который получен из выветренной контрольной целевой марки угля поверхностное натяжение, эквивалентное вышеописанному значению 39,5 мН/м.

В практической работе имеется несколько марок угля в качестве целевых для контроля степени выветривания. Во-первых, процессы [А]-[С] будут описаны ниже в предположении, что процесс [А] и процесс [В] и/или [С] ниже, выполняются на одной из всех таких марок угля.

[A] Например, поверхностное натяжение полукокса, который получен из каждого из различных марок угля для получения кокса, включая выветренные марки угля, определяется для различных температур термообработки. При этом соотношение между температурой термообработки и поверхностным натяжением полукокса (поверхностное натяжение соответствует температуре термообработки), который получен выполнением термообработки при температуре термообработки, определяют для различных марок угля. Корреляционные кривые между температурой термообработки и поверхностным натяжением, соответствующем температуре термообработки, строятся на основании вышеуказанного соотношения для различных видов полукокса, которые получены из различных марок угля в различных состояниях выветривания.

[B] Полукокс получают контролируемым выполнением термообработки при некоторой температуре с некоторым количеством некоторой марки угля в некотором состоянии выветривания и определяется поверхностное натяжение полукокса. Корреляционную кривую, которая дает значение, равное определенному поверхностному натяжению для используемой температуры термообработки, выбирают из вышеописанных корреляционных кривых. С использованием значения, которое дает выбранная корреляционная кривая для температуры термообработки 500°С, можно оценить поверхностное натяжение полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С используемого угля. В случае, когда расчетное поверхностное натяжение составляет 39,5 мН/м или выше, можно определить, что полукокс, который получен из угля в некотором состоянии выветривания, имеет поверхностное натяжение равное или выше 39,5 мН/м.

[С] Полукокс получают контролируемым выполнением термообработки при некоторой температуре с некоторым количеством некоторой марки угля в некотором состоянии выветривания и определяется поверхностное натяжение полукокса. Корреляционные кривые, которые дают поверхностное натяжение 39,5 мН/м или выше для температуры термообработки 500°С, выбирают из корреляционных кривых, полученных.вышеуказанным процессом [А]. Находят минимальное значение поверхностною натяжения среди значений, которые приведены для используемой температуры термообработки по одной или нескольким выбранными корреляционным кривым. В случае, когда найденное поверхностное натяжение равно или выше найденного минимального значения, можно определить, что полукокс, который получен из угля в некотором состоянии выветривания имеет поверхностное натяжение эквивалентное или выше 39,5 мН/м.

Вышеуказанный процесс [С] может выполняться совместно с или вместо вышеуказанного процесса [В]. В случае, когда соотношение между состоянием выветривания некоторого угля (например, срок хранения на шихтовом дворе отдельно или в сочетании с климатическими условиями во время хранения и т.п.) и поверхностным натяжением полукокса, который получен из угля при температуре, например, 500°С получается заранее, так как возможно оценить поверхностное натяжение в соответствии с практическими условиями выветривания, расчетное значение может быть использовано для контроля.

При выполнении вышеуказанных процессов [А] и ([B] и/или [С],) для всех целевых контролируемых марок угля, в случае каждой из целевых контролируемых марок угля, можно определить, имеет или нет полукокс, который получен из угля, поверхностное натяжение 39,5 мН/м или выше. Значение 39,5 мН/м является поверхностным натяжением полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С выветренного угля.

Из результатов исследований, проведенных на многих видах угля, которые обычно используются в производстве кокса на сталелитейном заводе, в случае, когда полукокс, который получают из выветренного угля имеет поверхностное натяжение 39,5 мН/м или выше в виде поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки при температуре 500°С выветренного угля, можно добавить выветренный уголь в угольную шихту без снижения прочности кокса. Поэтому с использованием поверхностного натяжения полукокса в качестве показателя в случае, когда поверхностное натяжение ниже значения, эквивалентного 39,5 мН/м, этот случай считается случаем чрезмерного выветривания и степень выветривания угля контролируется так, чтобы поверхностное натяжение полукокса, который получен из угля, было не ниже значения, эквивалентного 39,5 мН/м, и выветривание подавляется.

Заменой выбранной марки угля на другую марку из остальных девяти марок угля по очереди в вышеуказанных процессах [1i] и [2i], можно контролировать степень выветривания всех марок угля, находящихся на угольном складе. Для осуществления вышеуказанных способов контроля (1)-(3) предпочтительно, чтобы поверхностное натяжение каждого полукокса, который получен из каждой из всех марок угля на шихтовом дворе, определяется периодически, например, один раз или более в месяц. Поскольку скорость выветривания варьируется в зависимости от марки угля, приемлемым является определение с более низкой частотой поверхностного натяжения марки полукокса, имеющего низкую скорость выветривания, чем поверхностного натяжения марки полукокса, имеющего высокую скорость выветривания, с более высокой частотой, и контроль степени выветривания на основе марки угля, имеющего высокую скорость выветривания.

С использованием вышеуказанных способов контроля (1)-(3), запасы угля на шихтовом дворе контролируют так, что полукокс, который получен из угля, находящегося на угольном складе имеет химический состав, который всегда дает среднее предпочтительное значение поверхностного натяжения в и так, что можно избежать ситуации, в которой хранится большое количество выветренного угля, который вызывает снижение прочности. Кроме того, путем оценки степени выветривания угля можно добавить выветренный уголь в угольную шихту без снижения прочности кокса, что было непредсказуемым до настоящего времени.

Пример 1

Испытывают и проверяют способ оценки степени выветривания угля, в котором степень выветривания выветренного угля оценивают с использованием поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки выветренного угля в качестве показателя. Сначала готовят уголь F и угли G-М и часть угля F целенаправленно подвергают ускоренному выветриванию. Определяют поверхностное натяжение на границе раздела фаз γ_inter смеси полукокса, который получен из угольной шихты, в состав которой входят эти виды угля с заданным соотношением в смеси.

Как и в вышеописанном эксперименте, выветренные виды угля, которые были подвергнуты выветриванию нагревом угля F при температуре 150°С в течение 1 часа, 5 часов, 6 часов и 10 часов на воздухе обозначаются выветренным углем F₁, углем F₂, углем F₃ и углем F₄ соответственно. Уголь, который не был подвергнут термообработке, обозначается углем F₀, как невыветренный уголь. Свойства каждого из этих углей (выветренный уголь) и полукокса, который получен из каждого из этих углей, приведены в таблице 2.

Свойства марок угля, который использован в примере 1, приведены в таблице 3.

В таблицах 2 и 3 каждый полукокс получен из каждой марки угля вышеописанными способами (a')-(d'). Средняя максимальная отражательная способность витринита Ro угля определяется в соответствии с JIS М 8816, максимальная текучесть MF был определяется в соответствии с JIS М 8801, и зольность (Зольность) и летучие вещества (VM) определяются в соответствии с JIS М 8812. Определенные значения приведены в таблице 2 и таблице 3. Максимальная текучесть MF (ddpm) указана в таблице 2 и таблице 3 в виде десятичного логарифма MF (logMF). Поверхностное натяжение γ [мН/м] является значением поверхностного натяжения полукокса, который получен из угля, указанного в колонке "Обозначение угля". Значение поверхностного натяжения получено в виде среднего значения распределения поверхностного натяжения, которое было получено с помощью метода пленочной флотации, как описано выше.

Кокс получают из угольной шихты, которая состоит из углей F₀-F₄, приведенных в таблице 2, и углей G-М, приведенных в таблице 3 с соответствующими долями в смеси, и определяют прочность кокса. Доли в смеси составляющих видов углей в угольной шихте и свойства каждой угольной шихты приведены в таблице 4.

Ro и logMF угольной шихты приведенные в таблице 4, являются условиями, используемыми в смеси практического осуществления, и известно, что прочность кокса по существу является постоянной для постоянных Ro и logMF согласно данных для обычных угольных смесей. Значения Ro и logMF являются соответственно средневзвешенными значениями этих свойств компонентов видов угля угольной шихты, взвешенных по доле в смеси компонентов видов угля. Поверхностное натяжение на границе раздела фаз γ_inter1 рассчитывают реляционным выражением (1) по поверхностному натяжению нескольких видов полукокса, который получен из нескольких марок угля, включенных в угольную шихту, и с долями в смеси видов угля, включенных в угольную шихту. γ_inter2 является поверхностным натяжением на границе раздела фаз полукокса, рассчитанным реляционным выражением (6), как и реляционным выражением (1). Кроме того, средневзвешенное значение поверхностного натяжения видов полукокса, который получен из остальных марок угля, отличных от угля F или выветренного угля F, включенных в угольную шихту, взвешенных по доли в смеси остальных марок угля (для целей описания также обозначаемых "средневзвешенными"), и разность между средневзвешенным и поверхностным натяжением угля F или выветренного угля F также приведены в таблице 4.

Кокс получают коксованием угольной шихты, составленной из видов угля с долями в смеси, приведенными в таблице 4, и определяют прочность кокса. В 16 кг угольной шихты с частицами угля диаметром 3 мм или менее, составляющими 100% масс., и влажностью 8% масс. уплотнен до объемной плотности 750 кг/м³ и затем коксуют в электрической печи. После коксования при температуре нагрева стенок 1100°С в течение 6 часов, охлаждение азотом проводят для получения кокса. Прочность кокса оценивают с использованием индекса прочности при обработке в барабане DI150/15 на основе метода испытания на прочность в барабане в соответствии с JIS К 2151 и горячей прочности кокса после реакции с CO₂ SCR на основе ISO 18894. Значения DI150/15 и SCR приведены в таблице 4.

На основе сравнения случая, когда добавлен уголь F₀ и случая, когда добавлен уголь F₃ или уголь F₄ в примере 1, как указано в таблице 4, очевидно, что существует случай, когда снижение прочности кокса происходит при добавлении выветренного угля, даже если поддерживаются удовлетворительные значения Ro и logMF угольной шихты. В то время как прочность кокса, эквивалентная случаю, когда добавляется уголь F₀, который не выветривался, сохраняется в случае, когда добавляется уголь F₁ или уголь F₂, снижение прочности кокса происходит в случае, когда уголь F₃ или уголь F₄, которые выветрены больше чем уголь F₂, добавляется к угольной шихте. Этот факт указывает на то, что можно использовать выветренный уголь без снижения прочности, контролируя поверхностное натяжение на границе раздела фаз и разницу поверхностного натяжения в пределах предпочтительного диапазона, даже в случае, когда добавлен выветренный уголь. В этом случае предпочтительный диапазон поверхностного натяжения на границе раздела фаз составляет 0,03 мН/м или менее, и разница между средневзвешенной величиной поверхностного натяжения видов полукокса, который получен из остальных видов угля, отличных от выветренного угля, и поверхностное натяжение полукокса, который получен из выветренного угля составляет 1,5 мН/м или менее. Фиг. 2 иллюстрирует зависимость между поверхностным натяжением на границе раздела фаз γ_inter1 и индексом прочности при обработке в барабане DI150/15 и фиг. 3 иллюстрирует зависимость между разницей средневзвешенного значения и индексом прочности при обработке в барабане DI150/15. Из графиков фиг. 2-3 очевидно, что прочность кокса существенно меняется в точке γ_inter1 0,03 мН/м и в точке разницы средневзвешенного значения поверхностного натяжения 1,5 мН/м.

Кроме того, обращаясь к таблице 2 совместно с таблицей 4, в то время как поверхностное натяжение полукокса, который получен из углей F₁ или F₂, составляет 39,5 мН/м или выше, поверхностное натяжение полукокса, который получен из углей F₃ или F₄ составляет менее 39,5 мН/м. Фиг. 4 иллюстрирует зависимость между поверхностным натяжением полукокса и индексом прочности при обработке в барабане DI150/15. Из графика фиг. 4 очевидно, что прочность кокса значительно изменяется в точке поверхностного натяжения полукокса 39,5 мН/м и что можно использовать выветренный уголь без снижения прочности в случае, когда поверхностное натяжение полукокса, который получен из выветренного угля, составляет 39,5 мН/м или выше, даже если выветренный уголь добавляют к угольной шихте.

Из вышеописанных результатов очевидно, что при контроле поверхностного натяжения полукокса, который получен выполнением термообработки выветренного угля в пределах вышеописанного предпочтительного диапазона, возможно добавление выветренного угля в угольную шихту, которая представляет собой сырье для кокса, без снижения прочности.

Кроме того, в случае, когда кокс, получают с использованием выветренного угля, путем оценки степени выветривания угля с использованием поверхностного натяжения полукокса в качестве показателя, и контролем степени выветривания хранящегося угля в пределах контролируемого диапазона (вышеописанный диапазон поверхностного натяжения полукокса), можно эффективно предотвращать снижение прочности кокса за счет выветривания угля в среднем в течение длительного срока, даже если доля в смеси марок угля для получения кокса и относительное содержание марок угля на угольном складе не всегда одно и то же.

В случае, когда свойства угля контролируют без использования способа оценки степени выветривания угля в соответствии с настоящим изобретением, например, в случае, когда степень выветривания хранящегося угля не контролируется или в случае, когда используется показатель степени выветривания, влияние которой на прочность кокса не ясно, существует случай, когда хранится уголь с чрезмерной степенью выветривания. В таком случае использование выветренного угля в угольной шихте иногда приводит к неожиданному снижению прочности кокса. При использовании метода оценки степени выветривания угля в соответствии с настоящим изобретением, поскольку можно контролировать качество хранящегося угля так, что уголь, имеющий чрезмерную степень выветривания не хранится, то можно получать кокс, имеющий стабильную прочность.

Пример 2

Образец полукокса получают из каждого угля N-О с различными температурами термообработки с помощью того же способа, что использован в примере 1, и определяют поверхностное натяжение полукокса. Результаты определения приведены в таблице 5.

Как видно из таблицы 5, в диапазоне температур от 350°С или выше, существует тенденция к увеличению значения поверхностного натяжения с ростом температуры термообработки. Однако разница между поверхностным натяжением двух видов полукокса для той же температуры термообработки почти постоянна, то есть соотношение величины поверхностного натяжения различных видов полукокса, которые получены из различных видов угля, не меняется в зависимости от изменения температуры, при которой получают полукокс. Поэтому температура термообработки, при которой получают полукокс предпочтительно составляет 350°С или выше и 800°С или ниже в способе согласно настоящему изобретению. Здесь, при рассмотрении зависимости поверхностного натяжения от температуры такой термообработки предпочтительно оценивать поверхностное натяжение полукокса выполнением термообработки всех целевых контролируемых марок угля по существу при той же температуре термообработки.

Группа изобретений относится к контролю степени выветривания угля. Способ контроля степени выветривания угля включает предварительное определение поверхностного натяжения каждой марки полукокса, который получен осуществлением термообработки каждой из нескольких марок угля, находящихся на угольном складе, и предварительную оценку доли каждой из нескольких марок угля на угольном складе; и смешивание нескольких марок полукокса в соответствующих долях для получения смеси полукокса, при этом степень выветривания каждой из нескольких марок угля контролируют так, что значение поверхностного натяжения на границе раздела фаз γ_inter смеси полукокса, которое получено из поверхностных напряжений и долей каждой из нескольких марок полукокса, составляет 0,03 мН/м или ниже. Также представлены другие варианты осуществления вышеуказанного способа и способ получения кокса с использованием любого из вариантов способа контроля степени выветривания угля. Достигается повышение точности и надежности контроля. 4 н.п. ф-лы, 2 пр., 5 табл., 4 ил.

1. Способ контроля степени выветривания угля, включающий следующие стадии: предварительное определение поверхностного натяжения каждой марки полукокса, который получен осуществлением термообработки каждой из нескольких марок угля, находящихся на угольном складе, и предварительную оценку доли каждой из нескольких марок угля на угольном складе; и

смешивание нескольких марок полукокса в соответствующих долях для получения смеси полукокса, при этом степень выветривания каждой из нескольких марок угля контролируют так, что значение поверхностного натяжения на границе раздела фаз γ_inter смеси полукокса, которое получено из поверхностных напряжений и долей каждой из нескольких марок полукокса, составляет 0,03 мН/м или ниже.

2. Способ контроля степени выветривания угля, включающий следующие стадии: предварительное определение поверхностного натяжения каждой марки полукокса, который получен выполнением термообработки каждой из нескольких марок угля, находящихся на угольном складе, и предварительную оценку доли каждой из нескольких марок угля на угольном складе; и

степень выветривания целевой контролируемой марки угля, находящейся на угольном складе, контролируют так, что разность Δγ поверхностного натяжения полукокса составляет 1,5 мН/м или ниже, где разность Δγ представляет собой разность между значением поверхностного натяжения полукокса, который получен осуществлением термообработки целевой контролируемой марки угля и средневзвешенным значением, которое рассчитывается по средневзвешенному поверхностному натяжению марок полукокса, которые получены осуществлением термообработки остальных марок угля, отличных от контролируемой требуемой марки угля, находящихся на угольном складе в соответствии с долями остальных марок угля.

3. Способ контроля степени выветривания угля, включающий:

оценку степени выветривания контролируемой требуемой марки угля и отбор требуемой марки угля, такой что полукокс, который получен из выветренной целевой контролируемой марки угля, имеет поверхностное натяжение, соответствующее 39,5 мН/м или выше, где значение 39,5 мН/м является поверхностным натяжением полукокса, который получен осуществлением термообработки при температуре 500°C выветренной марки угля.

4. Способ получения кокса, включающий стадии:

приготовления угольной шихты смешиванием марок угля, степень выветривания которого контролируют с использованием способов по любому из пп. 1-3; и

получения кокса коксованием угольной шихты.