JP7620198B2 - A method for estimating the bulk fracture strength of coke. - Google Patents
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Description
本発明は、コークスの体積破壊強度を推定する推定方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating the volumetric fracture strength of coke.
高炉操業の重要な管理指標としてコークスのドラム強度が知られており、一般にドラム強度DI150 15はサンプリングしたコークスをドラム試験機にて150回転させた後の15mm以上の質量分率により定義される。15mm以下の粉は表面破壊もしくは体積破壊により発生し、これらの破壊は亀裂や非溶融な成分の接着不良部位、扁平な形状の気孔などにより引き起こされることが知られている(非特許文献1参照)。また、表面破壊及び体積破壊はそれぞれ6mm以下および15-6mmの粉に対応していることが知られている(非特許文献2参照)。そのため、コークスのドラム強度DI150 15は、6mm以下の粉に対応した表面破壊強度DI150 6および6-15mmの範囲の粉に対応した体積破壊強度DI150 6-15の和によって定義される。 The drum strength of coke is known as an important control index for blast furnace operation, and the drum strength DI 150 15 is generally defined as the mass fraction of 15 mm or more after 150 revolutions of a sampled coke in a drum test machine. Fine particles of 15 mm or less are generated by surface or volumetric destruction, and it is known that these destructions are caused by cracks, poor adhesion of non-melted components, flat pores, etc. (see Non-Patent Document 1). It is also known that surface destruction and volumetric destruction correspond to fine particles of 6 mm or less and 15-6 mm, respectively (see Non-Patent Document 2). Therefore, the drum strength DI 150 15 of coke is defined as the sum of the surface destruction strength DI 150 6 corresponding to fine particles of 6 mm or less and the volume destruction strength DI 150 6-15 corresponding to fine particles in the range of 6-15 mm.
特許文献1には、配合石炭の再固化温度とコークス強度試験後の6mm超15mm以下の粉生成量との関係から、コークスの体積破壊により生成する粉コークス量を推定する方法が記載されている。
特許文献2には、高石炭化度炭と低石炭化度炭とを配合し、配合する各石炭について乾留前に測定した石炭性状に基づいて、体積破壊粉コークス量を推定する方法において、配合炭の平均反射率、低石炭化度炭の配合率、配合炭の嵩密度、コークス炉の炉温を用いる方法が記載されている。
Patent Document 1 describes a method for estimating the amount of fine coke generated by volumetric destruction of coke from the relationship between the resolidification temperature of a coal blend and the amount of fine coke generated having a size of more than 6 mm and not more than 15 mm after a coke strength test.
Patent Document 2 describes a method for blending high- and low-rank coals and estimating the amount of volume-destroyed coke fines based on coal properties measured before carbonization for each blended coal, using the average reflectance of the coal blend, the blending ratio of low-rank coal, the bulk density of the coal blend, and the temperature of a coke oven.
特許文献3には、石炭の揮発分VMと体積破壊強度DI150
6-15との相関関係を規定する一次式に基づき、体積破壊強度DI150
6-15を推定する方法が記載されている。
特許文献4には、測定した配合炭の収縮率と配合炭から得られるコークスの体積破壊強度DI150
6-15との関係(α2)に基づき、体積破壊強度DI150
6-15を推定する方法が記載されている。
Patent Document 3 describes a method for estimating the volumetric crushing strength DI 150 6-15 based on a linear equation that defines the correlation between the volatile matter VM of coal and the volumetric crushing strength DI 150 6-15 .
Patent Document 4 describes a method for estimating the volumetric rupture strength DI 150 6-15 based on the relationship (α2) between the measured shrinkage rate of a coal blend and the volumetric rupture strength DI 150 6-15 of coke obtained from the coal blend.
しかしながら、上記特許文献1~4の推定方法は、推定の基礎となる条件(例えば、配合条件、かさ密度・炉温)の範囲であれば、簡便かつ正確に体積破壊強度DI150 6-15を推定することができるが、当該条件を外れたコークスについては、推定精度が低下するため、変更後の条件に基づき改めて推定式を求める必要があった。推定式を再構築する際に、改めて実験等を行う必要があるため、体積破壊強度DI150 6-15を迅速に推定できない場合があった。 However, the estimation methods of Patent Documents 1 to 4 can easily and accurately estimate the volumetric fracture strength DI 150 6-15 within the range of conditions (e.g., blending conditions, bulk density, furnace temperature) that are the basis of the estimation, but for coke that does not fall within the range of the conditions, the estimation accuracy decreases, so it is necessary to determine the estimation formula again based on the changed conditions. Since it is necessary to conduct experiments or the like again when reconstructing the estimation formula, there are cases where the volumetric fracture strength DI 150 6-15 cannot be estimated quickly.
そこで、本願発明は、配合炭の配合条件等に関わらず、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for estimating the volumetric rupture strength DI 150 6-15 with high accuracy and quickly, regardless of the blending conditions of a coal blend.
上記課題を解決するために、本発明に係るコークスの製造方法は、(1)試験コークス炉で石炭を乾留して得られたコークスに対して、X線CTによる撮像処理を行うことにより、コークスの亀裂形状に関する情報を取得する第1ステップと、前記の取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出する第2ステップと、性状が互いに異なる複数の石炭について、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行することにより、それぞれのコークスの亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出した後、算出した各亀裂面の面積とそれぞれのコークスについて実測した体積破壊強度とに基づき体積破壊強度を推定する推定式を構築する第3ステップと、高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、前記第1ステップ及び前記第2ステップを行うことにより得られたコークスの亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた推定式から体積破壊強度を推定する第4ステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the method for producing coke according to the present invention is characterized by having: (1) a first step of performing imaging processing by X-ray CT on coke obtained by carbonizing coal in a test coke oven to obtain information on the crack shape of the coke; a second step of calculating the area of crack surfaces whose crack width is equal to or less than a threshold value by image analysis of the obtained information on the crack shape; a third step of performing the first and second steps for multiple coals having different properties to calculate the area of crack surfaces whose crack width is equal to or less than a threshold value for each coke, and then constructing an estimation formula for estimating the volumetric fracture strength based on the calculated area of each crack surface and the volumetric fracture strength actually measured for each coke; and a fourth step of estimating the volumetric fracture strength from the area of the crack surfaces of the coke obtained by performing the first and second steps using coal for producing coke to be used in a blast furnace and the estimation formula obtained in the third step.
(2)体積破壊強度の実測値と前記第3ステップで構築する推定式による推定値との相関係数が0.85以上を満足するように前記閾値を設定することを特徴とする上記(1)に記載のコークスの体積破壊強度の推定方法。 (2) The method for estimating the volumetric fracture strength of coke described in (1) above, characterized in that the threshold value is set so that the correlation coefficient between the actual measured value of the volumetric fracture strength and the estimated value using the estimation equation constructed in the third step is 0.85 or more.
本発明によれば、X線CTを用いてコークスケーキの亀裂形状に関する情報を取得するだけで、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定することができる。 According to the present invention, the volumetric fracture strength DI 150 6-15 can be estimated quickly and with high accuracy simply by obtaining information about the crack shape of the coke cake using X-ray CT.
上述した通り、コークスのドラム強度DI150 15は、表面破壊強度DI150 6および体積破壊強度DI150 6-15の和によって定義することができる。本実施形態は、体積破壊強度DI150 6-15を高精度かつ迅速に推定する方法を提案するものである。以下、本実施形態の体積破壊強度DI150 6-15の推定方法について、以下のステップS1~4に項分けして、詳細に説明する。 As described above, the drum strength DI 150 15 of coke can be defined as the sum of the surface fracture strength DI 150 6 and the volume fracture strength DI 150 6-15. This embodiment proposes a method for estimating the volume fracture strength DI 150 6-15 with high accuracy and quickly. The method for estimating the volume fracture strength DI 150 6-15 of this embodiment will be described in detail below, divided into the following steps S1 to S4.
(ステップS1)
試験コークス炉で石炭を乾留して得られたコークスケーキを、コークス塊に分断する前に(つまり、乾留容器に入れた状態で)例えば三次元医療用X線CTで撮像する。三次元医療用X線CTで撮像することにより、コークスケーキの亀裂形状に関する情報を三次元的に取得することができる。三次元医療用X線CTの代わりに、マイクロフォーカスX線CTを用いることもできる。ただし、三次元医療用X線CTはマイクロフォーカスX線CTと比べて亀裂形状を早期に取得できるため、三次元医療用X線CTを用いることが望ましい。
(Step S1)
The coke cake obtained by carbonizing coal in the test coke oven is imaged, for example, by a three-dimensional medical X-ray CT scanner before being divided into coke blocks (i.e., while placed in a carbonization vessel). By imaging with a three-dimensional medical X-ray CT scanner, information on the crack shape of the coke cake can be obtained three-dimensionally. Instead of the three-dimensional medical X-ray CT scanner, a microfocus X-ray CT scanner can also be used. However, since the three-dimensional medical X-ray CT scanner can obtain the crack shape earlier than the microfocus X-ray CT scanner, it is preferable to use the three-dimensional medical X-ray CT scanner.
また、二次元X線CTを用いてコークスケーキを撮像することもできる。この場合、撮像枚数を増やすことにより、コークスケーキ全体の亀裂形状を把握することができる。なお、顕微鏡観察により亀裂形状を把握する方法も考えられるが、樹脂埋め研磨などの作業が必要となり、処理に時間を要するため、本発明の対象外とする。 It is also possible to image the coke cake using two-dimensional X-ray CT. In this case, by increasing the number of images taken, it is possible to grasp the crack shape of the entire coke cake. It is also possible to grasp the crack shape by observation with a microscope, but this requires work such as filling with resin and polishing, and is time-consuming to process, so it is outside the scope of this invention.
(ステップS2)
次に、ステップS1で取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂面を取得するとともに、亀裂面の面積及び亀裂幅を算出する。画像解析には、公知のソフトウェア(例えば、三次元画像解析ソフトウェアとして公知のAvizo)を用いることができる。具体的には、以下のステップS2-1~2-4に示す手順にしたがって画像解析を行うことができる。なお、本実施形態では、1mm前後の分解能を備えた三次元医療用X線CTを用いることができる。
(Step S2)
Next, the information on the crack shape acquired in step S1 is subjected to image analysis to acquire the crack surface, and the area and width of the crack surface are calculated. For the image analysis, known software (for example, Avizo, known as three-dimensional image analysis software) can be used. Specifically, the image analysis can be performed according to the procedure shown in the following steps S2-1 to 2-4. In this embodiment, a three-dimensional medical X-ray CT with a resolution of about 1 mm can be used.
(ステップS2-1について)
ステップS2-1において、撮像した画像に対して画像処理(例えば、輝度値の違いに基づいた2値化処理)を施し、コークスの部分と亀裂(空間)の部分とに分離する。2値化処理によって、例えば、コークスの部分を黒、亀裂の部分を白に分離することができる。ただし、色分けの方法はこれに限るものではなく、他の色を用いることもできる。図1の(a)は、分離後のコークスと亀裂とを模式的に二次元で表したものであるが、実際には、三次元的な画像データが得られる。なお、以下の説明で引用する図1の(b)~図1の(d)も二次元的な模式図であるが、実際には三次元的な画像データが得られる。
(Regarding step S2-1)
In step S2-1, the captured image is subjected to image processing (for example, binarization processing based on the difference in brightness value) to separate the coke portion from the crack (space) portion. By the binarization processing, for example, the coke portion can be separated into black and the crack portion into white. However, the color-coding method is not limited to this, and other colors can be used. FIG. 1(a) shows a two-dimensional schematic representation of the coke and crack after separation, but in reality, three-dimensional image data is obtained. Note that FIG. 1(b) to FIG. 1(d) cited in the following description are also two-dimensional schematic diagrams, but in reality, three-dimensional image data is obtained.
(ステップS2-2について)
ステップS2-2において、コークスの部分を更に塊毎に分離する分離処理を行う。ここで、図1の(b)に図示するように、コークス塊Aは、一見一つの塊のように見えるが、内部に亀裂xを有しており、衝撃を与えると亀裂xを起点として二つに分かれる。そこで、一見一つの塊に見えるようなコークス塊であっても、亀裂xを有するものは、衝撃を受けた際に分断すると見做し、異なる塊と判別する。本ステップにおける分離処理には、画像内の粒子のそれぞれを別々のものとして識別するための処理を行うWatershedアルゴリズム(非特許文献:Beucher and Meyer. The morphological approach to segmentation: the watershed transformation. Mathematical morphology in image processing; 34, 433-81 (1993).参照)を用いることができる。
(Regarding step S2-2)
In step S2-2, a separation process is performed to further separate the coke portion into chunks. Here, as shown in FIG. 1B, the coke block A appears to be one block at first glance, but has a crack x inside, and when an impact is applied, it splits into two starting from the crack x. Therefore, even if a coke block appears to be one block at first glance, if it has a crack x, it is considered to split when it receives an impact, and is determined to be a different block. For the separation process in this step, a Watershed algorithm (see non-patent document: Beucher and Meyer. The morphological approach to segmentation: the watershed transformation. Mathematical morphology in image processing; 34, 433-81 (1993)) that performs processing to identify each particle in an image as a separate entity can be used.
ここで、亀裂xの幅が極めて小さい場合には、衝撃を受けても、コークス塊は分断しない。そこで、衝撃を受けた際の分断に影響を与える亀裂のみを考慮できるように、衝撃を受けた際の分断に寄与しない所定幅以下の亀裂を画像処理によって埋める。この所定幅は、実験等により求めることができる。例えば、実際に回転衝撃を加えたコークスをX線CTや顕微鏡で観察することによって、コークス塊内に残存する複数本のコークス亀裂を特定する。そして、これらの亀裂の中から亀裂幅が最大の亀裂を特定し、この特定した最大亀裂の幅を所定幅とすることができる。ここでは、一例として、回転衝撃時の分断に寄与しない幅を0.1mmとすることができる。回転衝撃は、例えば回転ドラムによって与えることができ、その回転数を150回転とすることで体積破壊強度DI150 6-15について評価することができる。 Here, if the width of the crack x is extremely small, the coke lump will not break even if it is subjected to an impact. Therefore, in order to consider only the cracks that affect the breakup when it is subjected to an impact, cracks with a predetermined width or less that do not contribute to the breakup when it is subjected to an impact are filled by image processing. This predetermined width can be obtained by an experiment or the like. For example, a coke that has actually been subjected to a rotational impact is observed by X-ray CT or a microscope to identify multiple coke cracks remaining in the coke lump. Then, the crack with the largest crack width is identified from among these cracks, and the width of this identified largest crack can be set as the predetermined width. Here, as an example, the width that does not contribute to the breakup when it is subjected to a rotational impact can be set to 0.1 mm. The rotational impact can be applied, for example, by a rotating drum, and the volumetric fracture strength DI 150 6-15 can be evaluated by setting the rotation speed to 150 revolutions.
(ステップS2-3)
分離されたコークス塊毎に膨張処理を均等に施し、亀裂を埋める画像処理を行う。これにより、ステップS2-2で分離されたコークス塊間の境界を抽出する(図1の(c)参照)。
(Step S2-3)
The expansion process is uniformly performed for each separated coke lump, and image processing is performed to fill in the cracks, thereby extracting the boundaries between the coke lumps separated in step S2-2 (see FIG. 1(c)).
(ステップS2-4)
ステップS2-3で抽出した境界と、ステップS2-1における亀裂の部位とを比較し、当該境界であってかつ当該亀裂の部位に位置する面を亀裂面CFとして抽出するとともに、亀裂幅Pを算出する(図1の(d)参照)。ここで、亀裂面CFとは、図1の(d)の紙面方向側に亀裂に沿って延伸する面のことであり、亀裂幅Pとは、亀裂面CFを挟んで向き合うコークス塊間の距離のことである。
図2(a)に示すように、それぞれの亀裂面CFを亀裂面CF1~CF4と定義したとき、本実施形態では亀裂幅Pの大小に応じて亀裂面CFを二つの区分に区分けする。図2(b)は区分けした後の図であり、亀裂幅Pが比較的大きい亀裂面CF1~CF3を実線、亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CF4を破線で示している。
(Step S2-4)
The boundary extracted in step S2-3 is compared with the crack location in step S2-1, and a surface that is the boundary and located at the crack location is extracted as a crack surface CF, and a crack width P is calculated (see FIG. 1(d)). Here, the crack surface CF is a surface that extends along the crack toward the paper surface side of FIG. 1(d), and the crack width P is a distance between the coke lumps facing each other across the crack surface CF.
As shown in Fig. 2(a), when each crack surface CF is defined as crack surfaces CF1 to CF4, in this embodiment, the crack surfaces CF are divided into two sections according to the size of the crack width P. Fig. 2(b) is a diagram after the division, in which the crack surfaces CF1 to CF3 with a relatively large crack width P are shown by solid lines, and the crack surface CF4 with a relatively small crack width P is shown by a dashed line.
このように、本実施形態では、亀裂幅Pの大小に応じて亀裂面CFを二つの区分に区分けするとともに、後述するように亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CFの面積に基づき体積破壊強度DI150 6-15を推定する。亀裂幅Pが比較的小さい亀裂面CFの面積に着目した理由は、以下の通りである。 In this manner, in this embodiment, the crack surface CF is divided into two sections according to the size of the crack width P, and as described below, the volumetric fracture strength DI 150 6-15 is estimated based on the area of the crack surface CF with a relatively small crack width P. The reason for focusing on the area of the crack surface CF with a relatively small crack width P is as follows.
コークスに形成された亀裂のうち比較的亀裂幅が大きい亀裂はコークス粒径と関連性があり、比較的亀裂幅が小さい亀裂はコークスの破壊と関連性があることが知られている。したがって、コークスの体積破壊は、亀裂幅が小さい亀裂のみを考慮すればよいと推察される。本発明者等は、先行技術(Sakimoto et al. ISIJ International; 56(11), 1948-55 (2016))から亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂が体積破壊に影響すると推察した。ここで、閾値(Xmm)はX線CTの解像度にもよるが、後述の実施例が2.5mmであったことから、概ね数mm程度と推察される。なお、具体的には後述する一次式において要求される推定精度を満足する値に閾値(Xmm)は設定される。要求される推定精度は、特に限定されないが、後述する相関係数(R2)で表すと、好ましくは0.85以上である。つまり、一次式による推定値と実測値との相関係数が0.85以上となるように、閾値(Xmm)を設定することが望ましい。 It is known that among the cracks formed in the coke, cracks with a relatively large crack width are related to the grain size of the coke, and cracks with a relatively small crack width are related to the destruction of the coke. Therefore, it is presumed that only cracks with a small crack width should be considered for the volume destruction of the coke. The inventors presumed that cracks with a crack width of a threshold value (X mm) or less affect the volume destruction from the prior art (Sakimoto et al. ISIJ International; 56(11), 1948-55 (2016)). Here, the threshold value (X mm) depends on the resolution of the X-ray CT, but since the example described later was 2.5 mm, it is presumed to be approximately several mm. Specifically, the threshold value (X mm) is set to a value that satisfies the estimation accuracy required in the linear equation described later. The required estimation accuracy is not particularly limited, but is preferably 0.85 or more when expressed in terms of the correlation coefficient (R 2 ) described later. In other words, it is desirable to set the threshold value (X mm) so that the correlation coefficient between the estimated value by the linear expression and the actual measured value is 0.85 or more.
なお、本実施形態において用いられる三次元医療用X線CTの分解能は上述した通り1mm前後であるが、より高分解能の三次元医療用X線CTが準備できる場合には、閾値(Xmm)以下の亀裂幅をさらに複数区分に区分けするとともに、各区分の亀裂幅の影響度を考慮した重み付け処理を行うことにより、体積破壊強度DI150 6-15を推定してもよい。 As described above, the resolution of the three-dimensional medical X-ray CT used in this embodiment is about 1 mm. However, if a three-dimensional medical X-ray CT with higher resolution is available, the crack widths below a threshold value (X mm) may be further divided into multiple sections, and a weighting process may be performed taking into account the influence of the crack width of each section, thereby estimating the volumetric fracture strength DI 150 6-15 .
三次元的な亀裂幅の評価には、非特許文献(非特許文献Hildebrand and Ruegsegger. A new method for the model-independent assessment of thickness in three-dimensional images. Journal of Microscopy; 185(1), 67-75 (1997))に示した評価方法を用いることができる。具体的には、対象とする三次元の領域の中にその領域と外の領域との境界に接する最大の球を配置する手法を用いることができ、配置した球の直径から対象物の幅を測定することができる。二次元の場合には、三次元における球の代わりに円を配置することで二次元的な亀裂幅を評価することができるが、二次元の場合には断面の向きによっては同じ部位でも幅が変わる可能性があることから三次元での評価が望ましい。 Three-dimensional crack widths can be evaluated using the evaluation method shown in the non-patent literature (Hildebrand and Ruegsegger. A new method for the model-independent assessment of thickness in three-dimensional images. Journal of Microscopy; 185(1), 67-75 (1997)). Specifically, a method can be used in which the largest sphere that touches the boundary between the target three-dimensional region and an outside region is placed inside the target three-dimensional region, and the width of the target object can be measured from the diameter of the placed sphere. In the case of two dimensions, two-dimensional crack widths can be evaluated by placing a circle instead of a sphere in three dimensions, but in the case of two dimensions, the width may change even at the same location depending on the direction of the cross section, so three-dimensional evaluation is preferable.
(ステップS2-5)
ステップS2-4で抽出した亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂面の面積を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積により規格化してS-Xmmを算出する。
(Step S2-5)
The area of the crack surface whose crack width is equal to or less than the threshold value (X mm) extracted in step S2-4 is normalized by the volume of the entire analysis region, which is the sum of the coke portion and the crack portion, to calculate S -X mm .
(ステップS3)
性状が互いに異なる複数の石炭についてそれぞれ、上述のステップS1及びS2を実行して、それぞれのコークスについてS-Xmmを算出する。ここで、それぞれのコークスは、推定式を構築するという観点からは、体積破壊強度DI150
6-15の値がより分散している方が好適である。したがって、それぞれのコークス製造に用いられる配合炭の配合条件(石炭の銘柄、配合比、嵩密度、粉コークスの添加有無等)や加熱条件(昇温速度や到達温度、加熱時間)は、互いに異なることが望ましい。また、それぞれのコークスについてドラム試験を行うことによって、体積破壊強度DI150
6-15を予め求めておく。
上述の処理によって、S-Xmm及び実測値である体積破壊強度DI150
6-15からなる一組のデータが、性状が互いに異なる複数の石炭を用いて上述のステップS1及びS2を実行した回数分だけ得られ、これらのデータを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせることにより、以下の一次式(1)を推定式として構築する。
The above-mentioned steps S1 and S2 are carried out for each of a plurality of coals having different properties, and S -Xmm is calculated for each coke. From the viewpoint of constructing an estimation equation, it is preferable that the volumetric fracture strength DI 150 6-15 of each coke is more dispersed. Therefore, it is preferable that the blending conditions (coal brand, blending ratio, bulk density, presence or absence of coke powder, etc.) and heating conditions (heating rate, ultimate temperature, heating time) of the blended coals used in the production of each coke are different from each other. In addition, the volumetric fracture strength DI 150 6-15 is obtained in advance by carrying out a drum test for each coke.
By the above-mentioned processing, a set of data consisting of S -Xmm and the actual measured value of the volumetric fracture strength DI 150 6-15 is obtained the same number of times as the above-mentioned steps S1 and S2 are performed using a plurality of coals having different properties. By fitting these data to a linear function based on the least squares method, the following linear equation (1) is constructed as an estimation equation.
(ステップS4)
新たにステップS1~S3を実施して測定したコークス(高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、試験コークス炉で乾留して得られたコークス)のS-Xmmを一次式(1)に代入することによって、体積破壊強度DI150
6-15を推定する。
(Step S4)
The volumetric fracture strength DI 150 6-15 is estimated by substituting S -Xmm of the coke (coke obtained by carbonizing coal for producing coke to be used in a blast furnace in a test coke oven) newly measured by carrying out steps S1 to S3 into the linear equation (1).
本実施形態の方法によれば、コークスケーキの亀裂に関する情報を取得して、亀裂幅が閾値(Xmm)以下の亀裂面の面積を算出するだけで、体積破壊強度DI150 6-15を推定することができる。石炭の配合条件、粉コークスの有無などの条件が変更された場合でも、推定式(1)を再構築する必要がないため、迅速かつ簡便な手法によって体積破壊強度DI150 6-15を推定することができる。さらに、推定式(1)を構築した後は、体積破壊強度DI150 6-15を求めるためのドラム試験が不要となるため、ドラム試験における労力、時間を削減することができる。 According to the method of the present embodiment, the volumetric fracture strength DI 150 6-15 can be estimated simply by acquiring information on the cracks in the coke cake and calculating the area of the crack surface with a crack width equal to or less than a threshold value (X mm). Even if conditions such as the blending conditions of the coal or the presence or absence of coke powder are changed, there is no need to reconstruct the estimation formula (1), so the volumetric fracture strength DI 150 6-15 can be estimated by a quick and simple method. Furthermore, after constructing the estimation formula (1), a drum test for determining the volumetric fracture strength DI 150 6-15 is no longer necessary, so the effort and time required for the drum test can be reduced.
次に、実施例を示して、本発明について具体的に説明する。表1に示す性状の配合炭を試験コークス炉で乾留して、コークスC1~C25を製造した。表1において、ΣTD(%)は配合炭に含まれる各単味炭の全膨張率TDの加重平均値であり、ΣVM(質量%)は配合炭に含まれる各単味炭の揮発分の加重平均値である。試験コークス炉の乾留容器のサイズは、炉幅(W):400mm、炉長(L):600mm、炉高(H):420mmとした。石炭の装入嵩密度(BD)は、ドライベースで850(kg/m3)、若しくは900(kg/m3)とした。試験コークス炉の最終到達温度を950℃、1050℃、1150℃のいずれかに設定し、乾留時間はいずれも18.5(hour)に設定した。なお、コークスC16及びC18の粉コークスの平均粒径を下一桁、それ以外の粉コークスの平均粒径を下二桁で表記した理由は、平均粒径を求める際に使用した篩目の精度が異なるからである。粉コークスの添加率(質量%)は、外数で表記した。
上述したステップS1に対応した処理として、乾留後にそれぞれのコークスを乾留容器に入れた状態で三次元医療用X線CTを使用して三次元画像を取得した。なお、撮像後にドラム試験を行い、体積破壊強度DI150 6-15を測定した。 As a process corresponding to step S1 described above, after carbonization, each coke was placed in a carbonization vessel and a three-dimensional image was obtained using a three-dimensional medical X-ray CT. After the imaging, a drum test was performed to measure the volumetric fracture strength DI 150 6-15 .
X線CTによる撮像条件は、管電圧を120kV、管電流を350mA、スライスピッチを0.5mmとした。画像のサイズは、512×512pixelとした。画像の解像度は1.132mm/pixelとした。分離処理(ステップS2に相当する)には、Avizoで提供されているsegmentationモジュールを使用した。 The imaging conditions for the X-ray CT were a tube voltage of 120 kV, a tube current of 350 mA, and a slice pitch of 0.5 mm. The image size was 512 x 512 pixels. The image resolution was 1.132 mm/pixel. For the separation process (corresponding to step S2), the segmentation module provided by Avizoo was used.
すなわち、ステップS2-1に対応する処理として、コークスの部分と亀裂(空間)とを2値化処理により分離した。ステップS2-2に対応する処理として、Watershedアルゴリズムを用いて、コークスの部分を更に塊毎に分離した。この際、分離処理の強弱を決定するパラメータ(marker extent)を強く分離される1に設定して、亀裂幅が0.1mm超の亀裂を有するコークス塊を分離した。ステップS2-3に対応する処理として、分離したコークス塊毎に膨張処理を施し、亀裂を埋める画像処理を施した。ステップS2-4に対応する処理として、ステップS2-3で抽出した境界の部位と、ステップS2-1における亀裂の部位とを比較し、当該境界の部位であってかつ当該亀裂の部位に位置する面を亀裂面を抽出するとともに、亀裂幅を算出した。 That is, in the process corresponding to step S2-1, the coke portion and the crack (space) were separated by binarization. In the process corresponding to step S2-2, the coke portion was further separated into chunks using the Watershed algorithm. In this case, a parameter (marker extent) that determines the strength of the separation process was set to 1, which indicates strong separation, and coke chunks having cracks with a width of more than 0.1 mm were separated. In the process corresponding to step S2-3, an expansion process was performed on each separated coke chunk, and image processing was performed to fill the cracks. In the process corresponding to step S2-4, the boundary portion extracted in step S2-3 was compared with the crack portion in step S2-1, and the surface that is the boundary portion and located at the crack portion was extracted as a crack surface, and the crack width was calculated.
ステップS2-5に対応する処理として、亀裂幅が2.5mmを閾値として、亀裂幅が2.5mm以下の亀裂について、亀裂面の面積を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積(ただし、コークスと乾留容器との間の空隙の領域は、規格化する体積から除外した)により規格化してS-2.5mmを算出した。
なお、三次元医療用X線CTの分解能が変化した場合や求められる相関係数の値によって、亀裂幅の閾値は変わり得る。したがって、本発明の亀裂幅の閾値は2.5mmに限るものではない。
As a process corresponding to step S2-5, a crack width of 2.5 mm was set as a threshold, and for cracks with a crack width of 2.5 mm or less, the area of the crack surface was standardized by the volume of the entire analysis area, which was the sum of the coke portion and the crack portion (however, the area of the void between the coke and the distillation vessel was excluded from the standardized volume), to calculate S -2.5 mm .
The threshold value of the crack width may change depending on the resolution of the three-dimensional medical X-ray CT scanner or the value of the correlation coefficient to be obtained. Therefore, the threshold value of the crack width in the present invention is not limited to 2.5 mm.
上述の処理は、それぞれのコークスについて実施した(ステップS3に相当する)。本実施例では、比較のため亀裂面の面積(亀裂幅を問わない)を、コークスの部分と亀裂の部分とを足し合わせた全体の解析領域の体積(ただし、コークスと乾留容器との間の空隙の領域は、規格化する体積から除外した)により規格化したSallも算出した。 The above-mentioned process was carried out for each coke (corresponding to step S3). In this embodiment, for comparison, the area of the crack surface (regardless of the crack width) was also calculated by standardizing the volume of the entire analysis region obtained by adding up the coke portion and the crack portion (however, the region of the void between the coke and the carbonization vessel was excluded from the volume to be standardized).
ドラム試験の試験結果である体積破壊強度DI150
6-15と上述の手法により算出したS-2.5mmとを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせ、以下の式(2)を推定式として算出した(実施例に相当する)。また、ドラム試験の試験結果である体積破壊強度DI150
6-15と上述の手法により算出したSallとを最小二乗法に基づき一次関数にフィッテングさせ、以下の式(3)を推定式として算出した(比較例に相当する)。
図3は、式(2)に基づく推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフであり、横軸が推定値、縦軸がドラム試験の試験結果(実測値)である。図4は、式(3)に基づく推定結果とドラム試験の試験結果との相関度を示したグラフであり、横軸が推定値、縦軸がドラム試験の試験結果(実測値)である。 Figure 3 is a graph showing the degree of correlation between the estimation results based on formula (2) and the test results of the drum test, with the horizontal axis showing the estimated values and the vertical axis showing the test results of the drum test (actual values). Figure 4 is a graph showing the degree of correlation between the estimation results based on formula (3) and the test results of the drum test, with the horizontal axis showing the estimated values and the vertical axis showing the test results of the drum test (actual values).
図3及び図4を比較参照して、本実施例の推定方法は相関係数R2が0.860であり、比較例の推定方法は相関係数が0.246であった。したがって、試験コークス炉で乾留されたコークスケーキについて、亀裂幅が2.5mm以下の亀裂面の面積を求めておくとともに、求めた亀裂面の面積を式(2)に代入することによって、体積破壊強度DI150 6-15を精度よく推定できることがわかった。なお、相関係数R2が0.850未満となった場合であって、相関係数R2として0.850以上の推定精度が要求される場合は、推定精度を満足する様に、亀裂幅の閾値を変更して設定すれば良い。 3 and 4, the correlation coefficient R2 of the estimation method of this embodiment is 0.860, and the correlation coefficient of the estimation method of the comparative example is 0.246. Therefore, it was found that the volumetric fracture strength DI 150 6-15 can be accurately estimated by determining the area of the crack surface with a crack width of 2.5 mm or less for the coke cake carbonized in the test coke oven and substituting the determined crack surface area into formula (2). When the correlation coefficient R2 is less than 0.850 and an estimation accuracy of 0.850 or more is required for the correlation coefficient R2 , the threshold value of the crack width may be changed and set so as to satisfy the estimation accuracy.
また、試験コークス炉で得られたコークスケーキについて、従来のドラム試験では1水準あたり約1.5時間必要であったが、本実施例では1水準あたり約10分に短縮することができた。 In addition, for the coke cake obtained in the test coke oven, the conventional drum test required approximately 1.5 hours per level, but in this embodiment, this was shortened to approximately 10 minutes per level.
Claims (1)
前記の取得した亀裂形状に関する情報を画像解析することによって、亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出する第2ステップと、
性状が互いに異なる複数の石炭について、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行することにより、それぞれのコークスの亀裂幅が閾値以下の亀裂面の面積を算出した後、算出した各亀裂面の面積とそれぞれのコークスについて実測した体積破壊強度とに基づき体積破壊強度を推定する推定式を構築する第3ステップと、
高炉で使用が予定されるコークス製造用の石炭を用いて、前記第1ステップ及び前記第2ステップを行うことにより得られたコークスの亀裂面の面積と、前記第3ステップで得られた推定式から体積破壊強度を推定する第4ステップと、
を有し、
体積破壊強度の実測値と前記第3ステップで構築する推定式による推定値との相関係数が0.85以上を満足するように前記閾値を設定することを特徴とするコークスの体積破壊強度の推定方法。
A first step of acquiring information about the shape of cracks in a coke by performing imaging processing using an X-ray CT on the coke obtained by carbonizing coal in a test coke oven;
A second step of calculating an area of a crack surface having a crack width equal to or smaller than a threshold value by performing image analysis on the acquired information on the crack shape;
a third step of calculating an area of a crack surface of each coke having a crack width equal to or smaller than a threshold value by performing the first step and the second step for a plurality of coals having different properties, and then constructing an estimation equation for estimating the volumetric fracture strength based on the calculated area of each crack surface and the volumetric fracture strength actually measured for each coke;
A fourth step of estimating a volumetric fracture strength from the crack surface area of the coke obtained by performing the first step and the second step using coal for producing coke to be used in a blast furnace and the estimation formula obtained in the third step;
having
A method for estimating the volumetric fracture strength of coke, characterized in that the threshold value is set so that the correlation coefficient between the actual measured value of the volumetric fracture strength and the estimated value using the estimation equation constructed in the third step is 0.85 or more .
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