煤炭的膨胀率的测定方法、 煤炭的比容积的推断方法、 空隙 填充度的测定方法及煤炭配合方法 技术领域 本发明涉及煤炭的软化熔融特性的评价参数即煤炭的膨胀率的测定方法、 煤炭的 比容积的推断方法、 空隙填充度的测定方法及煤炭配合方法。
本申请基于 2009 年 3 月 10 日提出的日本专利申请特愿 2009-056920 号、 2009 年 7 月 24 日提出的日本专利申请特愿 2009-173075 号和 2009 年 10 月 16 日提出的日本专利 申请特愿 2009-239098 号并主张其优先权， 这里引用其内容。
背景技术 高炉用焦炭根据高炉的要求质量通常通过配合多种煤炭， 且用焦炉干馏来制造。 如果高炉用焦炭的强度低， 则在将焦炭装入高炉时， 因从焦炭发生的焦粉妨碍高炉内的还 原气体的移动 ( 上升 )。在此种情况下， 阻碍铁矿石的还原反应， 难以进行高炉的稳定的作 业。因此， 高炉用焦炭要求具有规定值以上的强度。
作为焦炭强度， 一直采用 JIS 的转鼓强度指数 ( 例如， DI1506 或 DI15015)、 ISO 的米库 姆 (Micum) 转鼓强度指数、 ASTM 的转鼓强度指数 (tumbler strength index) 等旋转强度 指数或落下强度指数。这些指数都表示对焦炭 ( 块焦 ) 施加规定的机械冲击时不产生焦粉 而维持块焦的状态的程度。 旋转强度指数可通过在圆筒形的容器内自动重复进行焦炭的落 下试验来得到。因此， 该旋转强度指数与落下强度指数是本质上同种的指数。
在变更煤炭的配合比时， 为了制造规定强度 ( 目标值 ) 以上的焦炭， 需要从被配合 的各种煤炭的特性事先预测焦炭的强度。因此， 一直在开发从配合的各种煤炭的特性推断 焦炭强度的技术， 在以往的多种方法中， 从煤炭的特性即煤炭化度和粘结性推断焦炭强度。 作为表示煤炭的煤炭化度的指标， 采用挥发分、 反射率、 含碳率等。 另外， 作为表示煤炭的粘 结性的指标， 采用 JIS M 8801 中规定的膨胀性 ( 例如， 膨胀率或比容积 ) 或流动性等。
另外， 例如， 还开发了从煤炭组织的分析值算出相当于煤炭化度和粘结性的两个 参数从而推断焦炭强度的方法， 以及从元素分析值算出相当于煤炭化度和粘结性的两个参 数从而推断焦炭强度的方法。可是， 在这些以往的方法中， 例如， 在使用的煤炭 ( 配合煤中 的煤炭 ) 大幅度变更的情况下， 不能以充分的精度推断焦炭强度。
在专利文献 1 中， 公开了从煤炭软化时的比容积和装入焦炭炉时的煤炭的体积密 度之积求出煤炭软化时的空隙填充度， 并从该煤炭软化时的空隙填充度推断焦炭的表面破 坏强度的方法。
该专利文献 1 的方法基于下述的见解。如果煤炭软化时相对于煤炭粒子间的空隙 率煤炭的膨胀率高， 则煤炭粒子不能充分膨胀。 相反， 如果相对于煤炭粒子间的空隙率膨胀 率低， 则因有充分的空隙而使煤炭粒子自由膨胀。 如果煤炭软化时煤炭粒子自由膨胀， 则煤 炭粒子内的气泡破裂， 产生粗大的连结气孔及煤炭粒子间的非粘接部， 从而制造出脆弱的 焦炭。通常的焦炭制造用煤炭在 400℃左右的温度下开始软化从而膨胀， 在 500℃左右的温 度下再固化。因此， 如果求出在从煤炭的软化到再固化的期间 ( 焦炭化中 ) 煤炭粒子填充
空隙的比例， 就能够预测焦炭中的非粘接晶界及连结气孔的缺陷的量， 能够推断焦炭的表 面破坏强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本特开 2002-121565 号公报 发明内容 发明所要解决的课题
但是， 近年来， 以煤炭价格的高涨等为背景， 要求使用迄今为止不能作为焦炭的制 造原料使用的粘结性低的煤炭。具体地说， 为了制造焦炭， 要求使用采用 JIS M 8801 的膨 胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的粘结性低的煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 )。例如， 使用 该总膨胀率为 0％的粘结性低的煤炭作为燃料， 在锅炉内燃烧。
在专利文献 1 的焦炭强度的推断方法中， 没有考虑采用总膨胀率为 0％的煤炭。 因 此， 在采用总膨胀率为 0％的煤炭的情况下， 能否使用该方法还不清楚。 于是， 本发明人基于 专利文献 1 的方法， 推断了由含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤制造的焦炭的强度。再 者， 对通过干馏含有上述总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤而制造的高炉用焦炭的焦炭强度 进行了测定。然后， 对测定的焦炭强度和推断的焦炭强度进行了比较。
表 1 中示出了评价煤炭 A ～ G 的软化熔融特性的评价参数的值。此外， 煤炭 A ～ G 是相互不同的品种的煤炭。煤炭 A 及 B 是粘结性高的煤炭， 煤炭 C ～ G 是总膨胀率为 0％ 的粘结性低的煤炭。
表1
这里， 如专利文献 1 所述， 煤炭软化时的比容积 V(cm3/g) 采用最大膨胀时的煤炭 体积 ΔV(cm3) 或煤炭的膨胀率 b(％ )， 由下式 (1) 或下式 (2) 中求出。
V ＝ ΔV/w (1)
V ＝ 0.96π(1+b/100)/w (2)
此外， w 是膨胀计 ( 细管 ) 中的煤炭装入量 (g)。另外， 最大膨胀时的煤炭体积 ΔV 及煤炭的膨胀率 b 通过膨胀计来测定。
由上式 (2) 得知 ： 在具有相同的膨胀率 b 的煤炭中， 煤炭软化时的比容积 V 相互相 同。再者， 如专利文献 1 所述， 通过煤炭软化时的比容积 V 乘以装入焦炉时的煤炭的体积密 度， 能够求出煤炭软化时的空隙填充度。另外， 该空隙填充度和焦炭强度 ( 例如表面破坏强 度 ) 具有某种相关关系。因此， 相同的煤炭软化时的比容积 V(cm3/g) 的煤炭具有相同的空 隙填充度 (-)， 因此具有相同的焦炭强度。
于是， 本发明人通过对种类不同的配合煤 X1 ～ X10 进行干馏而使其成为焦炭， 测定 了焦炭强度 DI( 转鼓强度指数 )。其测定结果见表 2 及表 3。再者， 图 4 中示出了这些配合 煤 X1 ～ X10 的空隙填充度和焦炭强度 DI 的相关关系。此外， 作为配合煤 X1 ～ X10 的比容积， 采用表 1 的各煤炭的比容积的加权平均值。涂黑正方形的数据为采用与表 2 对应的配合煤 X1 ～ X5 的比较例 1。空心的三角形的数据为采用与表 3 对应的配合煤 X6 ～ X10 的比较例 2。
此外， 在表 2 及表 3 中示出了配合煤 X1 ～ X10 中采用的煤炭 A ～ G 的配合比。也就 是说， 在配合煤 X1 中配合有 25 质量％的煤炭 A、 25 质量％的煤炭 B 和 50 质量％的煤炭 C。 在配合煤 X2 中配合有 25 质量％的煤炭 A、 25 质量％的煤炭 B 和 50 质量％的煤炭 D。在配 合煤 X3 中配合有 25 质量％的煤炭 A、 25 质量％的煤炭 B 和 50 质量％的煤炭 E。在配合煤 X4 中配合有 25 质量％的煤炭 A、 25 质量％的煤炭 B 和 50 质量％的煤炭 F。在配合煤 X5 中 配合有 25 质量％的煤炭 A、 25 质量％的煤炭 B 和 50 质量％的煤炭 G。
表2另外， 在配合煤 X6 中配合有 50 质量％的煤炭 A 和 50 质量％的煤炭 C。在配合煤 X7 中配合有 50 质量％的煤炭 A 和 50 质量％的煤炭 D。在配合煤 X8 中配合有 50 质量％的 煤炭 A 和 50 质量％的煤炭 E。在配合煤 X9 中配合有 50 质量％的煤炭 A 和 50 质量％的煤 炭 F。在配合煤 X10 中配合有 50 质量％的煤炭 A 和 50 质量％的煤炭 G。
表3
在配合煤 X1 ～ X5 中， 配合煤在软化时的空隙填充度完全相同。因此， 根据上述说 明， 可以认为采用配合煤 X1 ～ X5 的焦炭强度 DI 也完全相同。同样， 在配合煤 X6 ～ X10 中， 配合煤的空隙填充度完全相同。因此， 根据上述说明， 可以认为采用配合煤 X6 ～ X10 的焦炭 强度 DI 也完全相同。
但是， 如表 2 所示， 各采用配合煤 X1 ～ X5 的焦炭强度 DI 相互不同。同样， 如表 3 所示， 各采用配合煤 X6 ～ X10 的焦炭强度 DI 也相互不同。因而得知 ： 在采用含有总膨胀率 为 0％的煤炭的配合煤制造焦炭时， 不能适用专利文献 1 的焦炭强度的推断方法。
于是， 本发明提供一种也能够适用于总膨胀率为 0％的煤炭的膨胀率 ( 或比容积 ) 的测定方法。 另外， 提供一种也能够适用于含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤的比容积的 推断方法。 再者， 提供一种也能够适用于含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤的空隙填充度 的推断方法。 此外， 提供一种采用也能够适用于含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤的空隙 填充度的推断方法的煤炭配合方法。
用于解决课题的手段
本发明为了提供一种也能够适用于总膨胀率为 0％的煤炭的膨胀率的测定方法而 采用了以下的手段。
(1) 在本发明的煤炭的膨胀率的测定方法中， 将煤炭装入细管 ； 在该细管中插入 活塞 ； 以所述煤炭在软化时的升温速度达到 6℃ /min 以上的方式对所述煤炭进行加热 ； 测 定所述活塞的位移量 ； 以及从该位移量求出所述煤炭的膨胀率。
(2) 在上述 (1) 所述的煤炭的膨胀率的测定方法中， 所述升温速度以外的条件也 可以按照 JIS M 8801 的膨胀性试验方法。
(3) 在上述 (1) 所述的煤炭的膨胀率的测定方法中， 所述升温速度以外的条件也 可以按照 ISO 8264 的膨胀性试验方法。
(4) 在上述 (1) 所述的煤炭的膨胀率的测定方法中， 所述煤炭也可以是利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。
另外， 本发明为了提供一种也能够适用于总膨胀率为 0％的煤炭 ( 极低总膨胀率 煤炭 ) 的比容积的推断方法而采用了以下的手段。
(5) 本发明涉及一种煤炭软化时的比容积推断方法， 其对利用 JIS M 8801 的煤炭 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭在煤炭软化时的比容积进行 推断， 其中， 预先求出由通过上述 (1) 所述的煤炭的膨胀率的测定方法测定的煤炭的膨胀 率求出的所述极低总膨胀率煤炭在软化时的标准比容积、 与所述极低总膨胀率煤炭的标准
氧浓度之间的关系 ； 基于此关系从测定的所述极低总膨胀率煤炭的氧浓度， 推断所述极低 总膨胀率煤炭在煤炭软化时的比容积。
(6) 在上述 (5) 所述的煤炭软化时的比容积推断方法中， 所述极低总膨胀率煤炭 的所述氧浓度也可以为 9 质量％以上。
(7) 在上述 (5) 所述的煤炭软化时的比容积推断方法中， 所述极低总膨胀率煤炭 的所述氧浓度也可以为 12 质量％以下。
另外， 本发明为了提供一种也能够适用于含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤的 空隙填充度的测定方法而采用了以下的手段。
(8) 在本发明的空隙填充度的测定方法中， 采用上述 (1) 所述的煤炭的膨胀率的 测定方法测定所述煤炭的膨胀率 ； 从该膨胀率求出所述煤炭在软化时的比容积 ； 以及通过 该比容积乘以所述煤炭的装入焦炉时的体积密度， 求出所述煤炭在软化时的空隙填充度。
(9) 在上述 (8) 所述的空隙填充度的测定方法中， 所述煤炭也可以是利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。
(10) 在本发明的空隙填充度的测定方法中， 准备多种煤炭 ； 采用上述 (1) 所述的 煤炭的膨胀率的测定方法， 对所述各煤炭中的至少 1 种煤炭求出所述各煤炭在软化时的比 容积 ； 以所述各煤炭的配合率作为加权， 通过对所述各煤炭在软化时的所述比容积进行加 权平均， 求出配合煤的平均比容积 ； 通过所述平均比容积乘以所述配合煤在装入焦炉时的 体积密度， 求出所述配合煤在软化时的空隙填充度。
(11) 在上述 (10) 所述的空隙填充度的测定方法中， 所述配合煤也可以含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。
(12) 在本发明的空隙填充度的测定方法中， 采用上述 (5) 所述的煤炭的比容积推 断方法， 求出利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率 煤炭在软化时的比容积 ； 通过该比容积乘以所述极低总膨胀率煤炭的装入焦炉时的体积密 度， 求出所述极低总膨胀率煤炭在软化时的空隙填充度。
(13) 在本发明的空隙填充度的测定方法中， 准备包含利用 JIS M8801 的煤炭的膨 胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭的多种煤炭 ； 对所述各煤炭中的 所述极低总膨胀率煤炭， 采用上述 (5) 所述的煤炭的比容积推断方法， 求出所述各煤炭在 软化时的比容积 ； 以所述各煤炭的配合率作为加权， 通过对所述各煤炭在软化时的所述比 容积进行加权平均， 求出配合煤的平均比容积 ； 通过所述平均比容积乘以装入焦炉时的所 述配合煤的体积密度， 求出所述配合煤在软化时的空隙填充度。
(14) 在上述 (12) 或 (13) 所述的空隙填充度的测定方法中， 所述极低总膨胀率煤 炭的氧浓度也可以为 9 质量％以上。
(15) 在上述 (12) 或 (13) 所述的空隙填充度的测定方法中， 所述极低总膨胀率煤 炭的氧浓度也可以为 12 质量％以下。
另外， 本发明为了提供一种也能够适用于含有总膨胀率为 0％的煤炭的配合煤的 煤炭配合方法而采用了以下的手段。
(16) 在本发明的煤炭配合方法中， 准备多种煤炭 ； 采用上述 (1) 所述的煤炭的膨 胀率的测定方法， 对所述各煤炭中的至少 1 种煤炭求出所述各煤炭在软化时的比容积 ； 以 所述各煤炭的配合率作为加权， 通过对所述各煤炭在软化时的所述比容积进行加权平均，求出配合煤的平均比容积 ； 通过所述平均比容积乘以装入焦炉时的所述配合煤的体积密 度， 求出所述配合煤在软化时的空隙填充度 ； 基于预先求出的所述配合煤在软化时的标准 空隙填充度与由所述配合煤制造的焦炭的标准焦炭强度之间的关系， 从所述配合煤在软化 时的所述空隙填充度推断采用所述配合煤的焦炭的焦炭强度 ； 以采用所述配合煤的所述焦 炭的所述焦炭强度达到规定值以上的方式配合所述各煤炭。
(17) 在上述 (16) 所述的煤炭配合方法中， 所述配合煤也可以含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。
(18) 在本发明的煤炭配合方法中， 准备含有利用 JIS M 8801 的煤炭的膨胀性试 验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭的多种煤炭 ； 采用上述 (5) 所述的煤炭 的比容积推断方法， 对所述各煤炭中的所述极低总膨胀率煤炭求出所述各煤炭在软化时的 比容积 ； 以所述各煤炭的配合率作为加权， 通过对所述各煤炭在软化时的所述比容积进行 加权平均， 求出配合煤的平均比容积 ； 通过所述平均比容积乘以装入焦炉时的所述配合煤 的体积密度， 求出所述配合煤在软化时的空隙填充度 ； 基于预先求出的所述配合煤在软化 时的标准空隙填充度与由所述配合煤制造的焦炭的标准焦炭强度之间的关系， 从所述配合 煤在软化时的所述空隙填充度推断采用所述配合煤的焦炭的焦炭强度 ； 以采用所述配合煤 的所述焦炭的所述焦炭强度达到规定值以上的方式配合所述各煤炭。 (19) 在上述 (18) 所述的煤炭配合方法中， 所述极低总膨胀率煤炭的氧浓度也可 以为 9 质量％以上。
(20) 在上述 (18) 所述的煤炭配合方法中， 所述极低总膨胀率煤炭的氧浓度也可 以为 12 质量％以下。
发明的效果
根据本发明， 能够测定膨胀率 ( 比容积 ) 及空隙填充度， 以便能够区别利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的煤炭。 另外， 能够容易推断总膨胀率为 0％ 的煤炭的比容积。再者， 根据本发明， 在煤炭的配合时能够容易且正确地推断焦炭强度， 因 此能够决定适当的煤炭的配合比。
附图说明
图 1 是表示加热温度和活塞的位移量之间的关系的关系图。
图 2 是表示表 5 及表 6 所示的空隙填充度和焦炭强度 DI 之间的关系的相关图。
图 3 是表示表 8 及表 9 所示的空隙填充度和焦炭强度 DI 之间的关系的相关图。
图 4 是表示表 2 及表 3 所示的空隙填充度和焦炭强度 DI 之间的关系的相关图。
图 5 是表示表 10 及表 11 所示的空隙填充度和焦炭强度 DI 之间的关系的相关图。
图 6 是表示极低总膨胀率煤炭的氧浓度和以 12℃ /min 的升温速度测定的极低总 膨胀率煤炭的比容积之间的关系的相关图。
图 7 是表示极低总膨胀率煤炭的氧浓度和以 6℃ /min 的升温速度测定的极低总膨 胀率煤炭的比容积之间的关系的相关图。 具体实施方式
焦炭的旋转强度指数或落下强度指数等强度表示对块焦施加机械冲击时从焦炭发生的焦粉的发生量 ( 或块焦的残存量 )。
施加机械冲击后的焦炭的粒度分布通常具有粗粒的峰值和微粒的峰值。 属于该粗 粒的峰值的焦炭因体积破坏而生成。 另外， 属于该微粒的峰值的焦炭因表面破坏而生成。 上 述粒度分布中的粗粒的峰值 ( 因体积破坏而生成的焦炭 ) 和微粒的峰值 ( 因表面破坏而生 成的焦炭 ) 的边界根据施加机械冲击前的焦炭粒度而变化， 在高炉用焦炭时大致为 6mm。
焦炭的破坏是以焦炭中的缺陷为起点的脆性破坏。在体积破坏和表面破坏中， 成 为破坏的原因 ( 起点 ) 的缺陷不同。 体积破坏的起点是通过肉眼能够观察的大裂纹。 另外， 表面破坏的起点是煤炭粒子 (1mm 左右的平均粒度 ) 的粘接不完全的部分及用显微镜看得 见这种程度的小的裂纹。
成为体积破坏的原因的大裂纹通过因焦炭整体的不均匀的收缩而发生的热应力 而生成。该裂纹的量由干馏时焦炭内温度分布和煤炭再固化时的收缩系数所支配。与此相 对照， 成为表面破坏的原因的小裂纹不是因焦炭整体的收缩所形成的应力， 而是因煤炭粒 子间的局部且不均匀的收缩所形成的应力而发生。另外， 成为表面破坏的主要原因的煤炭 粒子的粘接不完全的部分的量由煤炭的粘结性及体积密度所支配。
这里， 通过焦炭强度试验生成的焦粉中的粒度为 6mm 以下的焦粉被分类为因表面 破坏而生成的焦炭。 本发明人发现 ： 在测定比容积 V( 或膨胀率 b) 时， 通过提高煤炭软化时的升温速 度， 能够相互区别品种不同的总膨胀率为 0％的煤炭。例如， 在专利文献 1 中， 由于采用 JIS M 8801 中规定的方法， 因此求煤炭软化时的比容积时的升温速度为 3.0±0.1℃ /min。但 是， 在本发明中， 将该升温速度提高到 6.0℃ /min 以上， 以能够相互区别品种不同的总膨胀 率为 0％的煤炭的方式， 测定了比容积 V( 或膨胀率 b)。此外， 在本说明书中， 将 “总膨胀率 为 0％的煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 )” 定义为 JIS M 8801 的膨胀性试验中测定的总膨胀率 为 0％的煤炭。在采用 ISO 8264 测定该极低总膨胀率煤炭的膨胀率 b 时， 该膨胀率 b 成为 规定的最小值。在这种情况下， 不能够区别多个极低总膨胀率煤炭的膨胀率 b。此外， 关于 比容积 V 和膨胀率 b， 由于能够通过上述式 (2) 相互变换， 因此哪个都能作为表示膨胀率的 膨胀特性使用。
其理由如下。 如果将煤炭加热， 则在熔融的煤炭粒子的内部发生气体， 因该发生气 体的压力而熔融的煤炭粒子发生膨胀。如果升温速度加快， 则热分解产生的气体的发生速 度加快。因该气体的发生速度的加快， 即使煤炭粒子的热熔融量微小， 煤炭粒子也膨胀。因 此， 通过使升温速度提高， 能够对在 JIS M 8801 中记载的升温速度下得不到的比容积的差 异进行测定。
为了调查升温速度对该比容积的差异的影响， 采用在 JIS M 8801 的膨胀计法中使 用的试验器具进行膨胀性试验。 在该膨胀性试验中， 将活塞插入到装有总膨胀率为 0％的煤 炭 D 的细管中， 以规定的升温速度进行加热， 测定活塞的位移量。图 1 中示出了加热温度与 活塞的位移量之间的关系。测定例 1 的数据表示以 JIS M 8801 中规定的 3.0℃ /min 的升 温速度加热时的活塞的位移量。另外， 测定例 2 的数据表示以比 JIS M8801 中规定的升温 速度更快的 12.0℃ /min 的升温速度加热时的活塞的位移量。
如图 1 所示， 在以 3.0 ℃ /min 的升温速度加热时， 煤炭不膨胀。另一方面， 在以 12.0℃ /min 的升温速度加热时， 煤炭膨胀， 活塞产生较大的位移。这样一来， 即使在使用于
3.0℃ /min 的升温速度下不膨胀的煤炭的情况下， 如果以 12.0℃ /min 的升温速度测定膨胀 率， 也能够确实得到大的膨胀率。
另外， 本发明人对于极低总膨胀率煤炭， 发现通过煤炭软化时的升温速度 Vtemp 为 6.0℃ /min 以上的膨胀性试验而测定的煤炭软化时的比容积与利用 JIS M 8813 中规定 的测定方法测定的煤炭的氧浓度之间具有一定的相关关系。
具体地说， 关于极低总膨胀率煤炭， 得知上述煤炭的氧浓度越高， 上述的煤炭软化 时的比容积越低。
如果煤炭中的氧浓度高， 则煤炭软化时的热分解所产生的自由基容易因氧而失活 并稳定化。因此， 一般认为在煤炭中的氧浓度增加的同时， 粘结性 ( 软化熔融性 ) 降低。因 此， 通过以下的方法， 能够简单地推断实际的配合煤中使用的极低总膨胀率煤炭在煤炭软 化时的比容积。 首先， 就焦炭制造用的主要原料炭， 用上述方法测定煤炭软化时的比容积和 煤炭的氧浓度， 预先做成表示煤炭软化时的比容积 ( 标准比容积 ) 和煤炭的氧浓度 ( 标准 氧浓度 ) 之间的关系的基础数据。将极低总膨胀率煤炭的氧浓度与该基础数据对照。
通过该方法， 能够省略测定需要时间的极低总膨胀率煤炭的膨胀性试验， 能够采 用煤炭的氧浓度推断极低总膨胀率煤炭在煤炭软化时的比容积。 该煤炭的氧浓度作为化学 分析数据， 一般为了焦炭原料的原料煤的质量管理而与碳等元素一同分析。该煤炭的氧浓 度的分析方法并不限定于 JIS M 8813 中规定的测定方法。例如， 也可以是 ISO 333 或 ISO 1994 中规定的测定方法。 此外， 极低总膨胀率煤炭的氧浓度例如如后述的图 6 及图 7 所示， 为 9 质量％以 上。 也就是说， 能够将总膨胀率为 0％的煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 ) 的氧浓度的下限值规定 为 9 质量％。
这里， 如上所述， 通过求出煤炭软化时的空隙填充度， 能够推断焦炭强度。 另外， 煤 3 炭软化时的空隙填充度 Z(-) 可采用装入焦炉时的煤炭的体积密度 Sb(g/cm ) 从下式 (3) 算 出。
Z ＝ V×Sd (3)
也就是说， 通过求出煤炭软化时的比容积 V(cm3/g) 及装入焦炉时的煤炭的体积密 度 Sd(g/cm3)， 能够算出煤炭软化时的空隙填充度 Z， 并推断焦炭强度。
再者， 煤炭软化时的比容积 V 可采用利用 JIS M 8801 的膨胀计测定的膨胀率 b(％ )， 由上述的式 (1) 及式 (2) 算出。
但是， 在测定膨胀率 b 时， 在 300℃～ 500℃的温度范围， 以比 JISM 8801 的膨胀计 法的升温速度快的 6.0℃ /min 以上的升温速度加热电炉。优选以 12℃ /min 以上的升温速 度加热电炉。该升温速度如果考虑到膨胀率的测定精度及电炉的加热能力， 优选为 50℃ / min 以下。另外， 与 JIS M 8801( 或 ISO 8264) 同样， 将膨胀率 b(％ ) 定义为 “从活塞的零 点到最高位置的位移相对于成形成棒状的试样的最初的长度的百分率” 。 另外， 升温速度以 外的试验条件按照 JIS M 8801( 或 ISO 8264) 的规格。
再者， 预先求出从上述式 (1) ～ (3) 导出的煤炭软化时的空隙填充度 Z 和焦炭强 度之间的关系。由该关系可以推断焦炭强度。
下面对焦炭强度的推断方法进行详细说明。首先， 测定各种煤炭 ( 品种 ) 在软化 时的比容积， 在配合了这些煤炭后进行干馏， 从而制作出焦炭。 此时， 关于总膨胀率为 0％的
煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 )， 求出煤炭的氧浓度 ( 标准氧浓度 ) 和煤炭软化时的比容积 ( 标 准比容积 ) 之间的关系。再者， 测定好装入焦炉时的煤炭的体积密度。接着， 测定制造的焦 炭的焦炭强度。例如， 作为焦炭强度， 测定根据 JIS K 2115 的转鼓试验法进行的转鼓强度 150 指数 DI 6。也就是说， 作为焦炭强度 DI， 能够使用 r 旋转后的 dmm 筛上重量百分率即转鼓 r 强度指数 DI d。但是， 作为焦炭强度， 也可以测定 ISO 的米库姆转鼓强度指数或 ASTM 的转 鼓强度指数等其它强度指数。
再者， 求出从煤炭软化时的比容积和装入焦炉时的体积密度算出的煤炭软化时的 空隙填充度 ( 标准空隙填充度 ) 与焦炭强度 DI1506( 标准焦炭强度 ) 之间的关系。此外， 在 使用含有 2 种以上的煤炭的配合煤的情况下， 作为煤炭软化时的比容积 ( 配合煤的比容积、 配合煤的平均比容积 )， 也可以采用各煤炭的比容积 ( 实测值或推断值 ) 的加权平均值 ( 加 权平均比容积 )。
如上所述， 为了推断焦炭强度， 利用上述方法测定所使用的煤炭在软化时的比容 积， 从煤炭水分或粒度等预测干馏时的装入焦炉时的煤炭 ( 配合煤 ) 的体积密度。再者， 从 煤炭 ( 配合煤 ) 在软化时的比容积及装入焦炉时的煤炭 ( 配合煤 ) 的体积密度的值算出煤 炭软化时的空隙填充度。采用预先求出的煤炭软化时的空隙填充度 ( 标准空隙填充度 ) 和 焦炭强度 ( 标准焦炭强度 ) 之间的关系， 由该空隙填充度的值推断焦炭强度。
此外， 在不直接测定极低总膨胀率煤炭的比容积的情况下， 在预先做成的表示煤 炭的氧浓度 ( 标准氧浓度 ) 和煤炭软化时的比容积 ( 标准比容积 ) 之间的关系的基础数据 中， 对照所使用的极低总膨胀率煤炭的氧浓度。利用该方法推断极低总膨胀率煤炭在煤炭 软化时的比容积 ( 推断比容积 )。 在不直接测定极低总膨胀率煤炭的比容积的情况下， 使用 该推断比容积算出加权平均比容积。另外， 关于构成配合煤的极低总膨胀率煤炭以外的煤 炭， 从煤炭软化时的升温速度 Vtemp 为 6.0℃ /min 以上的上述膨胀性试验或用 JIS M 8801 的膨胀计法测定的膨胀率， 计算煤炭软化时的比容积。关于极低总膨胀率煤炭以外的各煤 炭， 将该比容积乘以煤炭的配合率得出的加权比容积相加， 求出加权比容积的总和。另外， 关于极低总膨胀率煤炭， 将上述的推断比容积乘以煤炭的配合率得出的加权推断比容积， 求出加权推断比容积的总和。将该加权推断比容积的总和以及加权比容积的总和相加， 能 够计算加权平均比容积 ( 配合煤的平均比容积 )。再者， 从煤炭水分或粒度等预测干馏时 的装入焦炉时的煤炭 ( 配合煤 ) 的体积密度。而且从煤炭 ( 配合煤 ) 在软化时的比容积及 装入焦炉时的煤炭 ( 配合煤 ) 的体积密度的值算出煤炭软化时的空隙填充度。利用预先求 出的煤炭软化时的空隙填充度 ( 标准空隙填充度 ) 和焦炭强度 ( 标准焦炭强度 ) 之间的关 系， 从该空隙填充度的值推断焦炭强度。
此外， 焦炭为多孔质材料， 焦炭强度也受气孔率的影响。也就是说， 如果焦炭的气 孔率高， 则有效截面积减少， 有效弹性模量或有效表面能等物性发生变化， 因此焦炭强度降 低。 因此， 如果求出焦炭的气孔率与焦炭强度之间的关系， 考虑到煤炭的配合或煤炭的体积 密度等带来的气孔率的变化对焦炭强度的影响， 则焦炭强度的推断精度更加提高。
这里， 关于焦炭的气孔率， 例如能够从煤炭的体积密度和焦炭成品率推断。另外， 焦炭成品率例如能够从煤炭的挥发分推断。
如上所述， 在本发明中， 在将煤炭装入膨胀计的细管中， 并将活塞插入该细管中 后， 以 6℃ /min 以上的煤炭软化时的升温速度对装入细管中的煤炭进行加热， 从而测定活塞的位移量， 并从该位移量求出膨胀率 ( 或比容积 )。在这种情况下， 将升温速度规定为 6℃ /min 以上的温度范围也可以为 300℃～ 500℃。另外， 升温速度以外的条件也可以按照 JIS M 8801 的膨胀性试验方法。 同样， 升温速度以外的条件也可以按照 ISO 8264 的膨胀性 试验方法。再者， 测定膨胀率的煤炭也可以是利用 JISM 8801 的膨胀性试验方法测定的总 膨胀率为 0％的煤炭。另外， 测定膨胀率的煤炭可以是单一品种的煤炭， 也可以是配合了多 个品种的煤炭的配合煤。此外， 关于膨胀率， 可作为从活塞的零点到最高位置 ( 煤炭最大膨 胀时的活塞的位置 ) 的位移相对于细管中的煤炭的最初长度的百分率进行计算。
关于极低总膨胀率煤炭， 能够利用以下的方法推断煤炭软化时的比容积。也就是 说， 预先求出从通过煤炭软化时的升温速度 Vtemp 为 6.0℃ /min 以上的上述膨胀性试验测 定的煤炭 ( 极低总膨胀率 ) 的膨胀率求出的极低总膨胀率煤炭在软化时的比容积 ( 标准比 容积 ) 与所述极低总膨胀率煤炭的氧浓度 ( 标准氧浓度 ) 之间的关系。从基于该关系测定 的极低总膨胀率煤炭的氧浓度推断极低总膨胀率煤炭在软化时的比容积。
另外， 在本发明的空隙填充度的测定方法的第一实施方式中， 准备多种煤炭， 对该 多种煤炭中的至少 1 种煤炭， 应用上述的煤炭的膨胀率的测定方法， 求出多种煤炭在软化 时的比容积。此外， 测定的煤炭也可以至少含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的 总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。 也就是说， 在多种煤炭中含有极低膨胀率煤炭的情况 下， 至少对 1 种极低膨胀率煤炭， 采用上述的煤炭的膨胀率的测定方法测定极低膨胀率煤 炭的膨胀率， 采用式 (2) 求出极低膨胀率煤炭在软化时的比容积。再者， 以多种煤炭的配合 率作为加权， 通过对多种煤炭在软化时的比容积进行加权平均， 求出配合煤的平均比容积。 然后， 如式 (3) 所示， 通过该平均比容积乘以装入焦炉时的配合煤的体积密度， 求出配合煤 在软化时的空隙填充度。 这里， 测定空隙填充度的煤炭可以是单一品种的煤炭， 也可以是配 合了多个品种的煤炭的配合煤。 另外， 在求出单独的煤炭在煤炭软化时的空隙填充度时， 采 用上述煤炭的膨胀率的测定方法测定煤炭的膨胀率， 从该膨胀率求出煤炭在软化时的比容 积。如式 (3) 所示， 通过该比容积乘以煤炭的装入焦炉时的体积密度， 求出煤炭在软化时的 空隙填充度。
另外， 在本发明的空隙填充度的测定方法的第二实施方式中， 准备含有利用 JIS M 8801 的煤炭的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭的多种煤炭 ； 应 用上述的煤炭的比容积推断方法， 对该多种煤炭中的极低总膨胀率煤炭求出多种煤炭在软 化时的比容积。 再者， 以多种煤炭的配合率作为加权， 通过对多种煤炭在软化时的比容积进 行加权平均， 求出配合煤的平均比容积。然后， 如式 (3) 所示， 通过该平均比容积乘以装入 焦炉时的配合煤的体积密度， 求出配合煤在软化时的空隙填充度。 另外， 在求出单独的煤炭 在煤炭软化时的空隙填充度时， 采用上述煤炭的比容积推断方法， 求出利用 JIS M 8801 的 膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭在软化时的比容积。如式 (3) 所示， 通过该比容积乘以极低总膨胀率煤炭的装入焦炉时的体积密度， 求出极低总膨胀率 煤炭在软化时的空隙填充度。
再者， 在本发明的煤炭配合方法的第一实施方式中， 准备多种煤炭 ； 应用上述的 煤炭的膨胀率的测定方法， 对该多种煤炭中的至少 1 种煤炭求出多种煤炭在软化时的比容 积。此外， 测定膨胀率的煤炭也可以至少含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总 膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭。也就是说， 在多种煤炭中含有极低膨胀率煤炭的情况下， 至少对 1 种极低膨胀率煤炭， 采用上述的煤炭的膨胀率的测定方法测定极低膨胀率煤 炭的膨胀率， 采用式 (2) 求出极低膨胀率煤炭在软化时的比容积。再者， 以多种煤炭的配合 率作为加权， 通过对多种煤炭在软化时的比容积进行加权平均， 求出配合煤的平均比容积。 然后， 如式 (3) 所示， 通过该平均比容积乘以装入焦炉时的配合煤的体积密度， 求出配合煤 在软化时的空隙填充度。基于预先测定的空隙填充度 ( 标准空隙填充度 ) 与预先测定的焦 炭强度 ( 标准焦炭强度 ) 之间的关系， 从配合煤在软化时的空隙填充度推断采用配合煤的 焦炭的焦炭强度。 基于该推断， 配合多种煤炭， 以使采用配合煤的焦炭的焦炭强度达到规定 的值 ( 目标值 ) 以上。作为该焦炭强度， 也可以采用根据 JIS K 2151 的转鼓试验法的转鼓 150 150 强度指数 DI 6(-)。该转鼓强度指数 DI 6 表示转鼓试验机的旋转 150 圈后的 6mm 筛上的 比例。 另外， 作为焦炭强度， 也可以采用 ISO 的米库姆转鼓强度指数或 ASTM 的转鼓强度指数 等其它强度指数。再者， 配合煤也可以至少含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的 总膨胀率为 0％的煤炭。此外， 关于多种煤炭中的极低总膨胀率煤炭， 利用上述的煤炭的膨 胀率的测定方法 ( 以 6.0℃ /min 以上的升温速度测定膨胀率的方法 ) 或上述的煤炭的比容 积推断方法 ( 从氧浓度推断比容积的方法 )， 求出极低总膨胀率煤炭的膨胀率 ( 比容积 )。
另外， 在本发明的煤炭配合方法的第二实施方式中， 准备含有利用 JIS M 8801 的 膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的极低总膨胀率煤炭的多种煤炭 ； 对该多种煤炭中 的极低总膨胀率煤炭， 应用上述的煤炭的比容积推断方法， 求出多种煤炭在软化时的比容 积。再者， 以多种煤炭的配合率作为加权， 通过对多种煤炭在软化时的比容积进行加权平 均， 求出配合煤的平均比容积。然后， 如式 (3) 所示， 通过该平均比容积乘以装入焦炉时的 配合煤的体积密度， 求出配合煤在软化时的空隙填充度。基于预先测定的空隙填充度 ( 标 准空隙填充度 ) 和预先测定的焦炭强度 ( 标准焦炭强度 ) 之间的关系， 从配合煤在软化时 的空隙填充度推断采用配合煤的焦炭的焦炭强度。 基于该推断， 配合多种煤炭， 以使采用配 合煤的焦炭的焦炭强度达到规定的值 ( 目标值 ) 以上。作为该焦炭强度， 也可以采用根据 150 150 JIS K 2151 的转鼓试验法的转鼓强度指数 DI 6(-)。该转鼓强度指数 DI 6 表示转鼓试验 机的旋转 150 圈后的 6mm 筛上的比例。另外， 作为焦炭强度， 也可以采用 ISO 的米库姆转鼓 强度指数或 ASTM 的转鼓强度指数等其它强度指数。再者， 配合煤也可以至少含有利用 JIS M 8801 的膨胀性试验方法测定的总膨胀率为 0％的煤炭。
实施例
( 实施例 1 及实施例 2)
分别对煤炭 A ～ G， 利用 JIS M 8801 的膨胀计法进行了膨胀性试验。 但是， 将煤炭 的软化熔融温度即 300℃～ 500℃时的升温速度设定在比 JIS 更快的 12℃ /min。将这些煤 炭 A ～ G 筛选成 2.8mm 以下 ( 筛下 2.8mm) 的粒度。如表 4 所示， 煤炭 A、 煤炭 B、 煤炭 C、 煤 3 3 3 3 炭 D、 煤炭 E、 煤炭 F 及煤炭 G 的比容积分别为 5.07cm /g、 2.10cm /g、 1.75cm /g、 1.65cm /g、 3 3 3 1.43cm /g、 1.29cm /g 及 1.27cm /g。
表4
煤炭品种 A 15 比容积 5.07102348977 A CN 102348996 B C D E F G
说明书2.10 1.75 1.65 1.43 1.29 1.2712/17 页如表 1 所示， 在升温速度为 3.0℃ /min 时， 不能够区别极低总膨胀率煤炭 C ～ G 的 比容积。但是， 如表 4 所示， 通过将升温速度提高到 12.0℃ /min， 则能够区别这些煤炭 C ～ G 的比容积。另外， 对于总膨胀率不是 0％的煤炭 A 及 B， 通过将升温速度从 3.0℃ /min 提 高到 12.0℃ /min， 煤炭 A 和煤炭 B 的比容积之差扩大。
对极低总膨胀率煤炭即煤炭 C ～ G 的氧浓度进行了测定， 求出了煤炭的氧浓度 O％ 与煤炭软化时的比容积 V 之间的关系。基于 JIS M8813 的煤炭类及焦炭类 - 元素分析法的 “氧百分率计算方法 ( 氧含有率的测定方法 )” ， 测定了上述煤炭的氧浓度 O％。图 6 是表示 极低总膨胀率煤炭即煤炭 C ～ G 的氧浓度与煤炭软化时的比容积 V 之间的关系的图示。如 图 6 所示， 随着煤炭的氧浓度 O％下降， 煤炭软化时的比容积 V 增大。作为表示此关系的式 子的一个例子， 煤炭软化时的比容积 V 采用煤炭的氧浓度 O％而用式 (4) 表示。
V ＝ -0.25×O％ +4.25 (4)
通过测定极低总膨胀率煤炭的氧浓度 O％， 并将该氧浓度 O％代入式 (4)， 能够简 单地推断煤炭软化时的比容积 V。此外， 作为表示煤炭的氧浓度 O％和煤炭软化时的比容积 V 之间的关系的式子， 为了能够容易推断比容积， 优选采用式 (4) 这样的一次式。 但是， 作为 煤炭的氧浓度 O％和煤炭软化时的比容积 V 之间的关系式也能够采用任意的推断式。
在上述的图 6 中， 氧浓度最高的煤炭 G 的氧浓度为 12％。在对氧浓度比该煤炭 G 高的极低总膨胀率煤炭的膨胀率 ( 比容积 ) 进行测定时， 优选比 12℃ /min 更高地设定升温 速度。 通过该方法， 能够区别煤炭软化时的比容积， 能够用一次式求出煤炭的氧浓度与煤炭 软化时的比容积之间的关系。也就是说， 在氧浓度为 12％以下时， 对于极低总膨胀率煤炭， 通过将升温速度设定在 12℃ /min， 能够区别煤炭软化时的比容积。另外， 对于氧浓度高于 12％的极低总膨胀率煤炭， 通过将升温速度设定为比 12℃ /min 更快的速度， 能够确实区别 煤炭软化时的比容积。
再者， 对于含有煤炭 C ～ G 的配合煤 X1 ～ X10， 算出比容积， 进行了破坏强度试验。 配合煤 X1 ～ X5 的结果 ( 实施例 1) 见表 5， 配合煤 X6 ～ X10 的结果 ( 实施例 2) 见表 6。
这里， 对配合煤 X1 在煤炭软化时的比容积的具体计算方法进行说明。配合煤 X1 中 含有的极低总膨胀率煤炭以外的煤炭 ( 总膨胀率不是 0％的煤炭 )， 即煤炭 A 及 B 在煤炭软 化时的比容积通过利用 JIS M 8801 的膨胀计法的膨胀性试验来测定。 表 1 所示的煤炭 A 在 3 煤炭软化时的比容积 2.53(cm /g) 乘以煤炭 A 的配合率 0.25， 算出加权比容积 0.6325(cm3/ g)。表 1 所示的煤炭 B 在煤炭软化时的比容积 1.05(cm3/g) 乘以煤炭 B 的配合率 0.25， 算出加权比容积 0.2625(cm3/g)。测定煤炭 C 的氧浓度， 通过对该测定的氧浓度在图 6 中进行 内插或外插， 求出煤炭 C 在煤炭软化时的推断比容积 1.75(cm3/g)。该煤炭 C 在煤炭软化时 的推断比容积乘以煤炭 C 的配合率 0.50 算出加权推断比容积 0.875(cm3/g)。通过合计上 述的煤炭 A 和 B 的加权比容积及煤炭 C 的加权推断比容积， 求出配合煤 X1 在煤炭软化时的 3 比容积 1.77(cm /g)。关于配合煤 X2 ～ X10， 也用同样的方法算出煤炭软化时的比容积。此 外， 以 12℃ /min 的升温速度直接测定极低总膨胀率煤炭的比容积 ( 膨胀率 )， 也可以求出 3 配合煤的比容积。在这种情况下， 通过煤炭 C 在煤炭软化时的比容积 1.75(cm /g) 乘以煤 炭 C 的配合率 0.50 算出加权比容积 0.875(cm3/g)。然后， 通过合计煤炭 A ～ C 的加权比容 3 积， 能够求出配合煤 X1 在煤炭软化时的比容积 1.77(cm /g)。
表5
表6再者， 图 2 中示出了表 5 及表 6 所示的空隙填充度与焦炭强度 DI 之间的关系。涂 黑的正方形的数据为采用与表 5 对应的配合煤 X1 ～ X5 的实施例 1。 空心三角形的数据为采 用与表 6 对应的配合煤 X6 ～ X10 的实施例 2。图 2 的横轴为煤炭软化时的空隙填充度， 纵轴 150 为焦炭强度 DI。焦炭强度 DI 是根据 JIS K 2151 的转鼓试验法的转鼓强度指数 DI 6。如 图 2 所示， 空隙填充度及焦炭强度 DI 具有一定的相关关系。因此， 通过作为基础数据存储 该相关关系， 便能够正确地推断配合煤中含有总膨胀率为 0％的脆弱煤炭的焦炭强度。
( 实施例 3 及实施例 4)
分别对煤炭 C ～ G， 利用 JIS M 8801 的膨胀计法进行了膨胀性试验。 但是， 将煤炭
的软化熔融温度即 300℃～ 500℃时的升温速度设定在比 JIS 更快的 6℃ /min。将这些煤 炭 C ～ G 筛选成 2.8mm 以下 ( 筛下 2.8mm) 的粒度。如表 7 所示， 煤炭 C、 煤炭 D、 煤炭 E、 煤 3 3 3 3 3 炭 F 及煤炭 G 的比容积分别为 1.43cm /g、 1.34cm /g、 1.26cm /g、 1.25cm /g 及 1.24cm /g。
表7
煤炭品种 C D E F G
比容积 1.43 1.34 1.26 1.25 1.24如表 1 所示， 在升温速度为 3.0℃ /min 时， 不能区别总膨胀率为 0％的煤炭 C ～ G 的比容积。但是， 如表 7 所示， 通过将升温速度提高到 6.0℃ /min， 能够区别这些煤炭 C ～ G 的比容积。再者， 从表 4 及表 7 的比较得知 ： 通过加快升温速度， 煤炭 C ～ G 间的比容积 之差增大， 能够更显著地区别煤炭 C ～ G 的比容积。
对总膨胀率为 0％的煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 ) 即煤炭 C ～ G 的氧浓度进行了测 定， 求出了煤炭的氧浓度 O％与煤炭软化时的比容积 V 之间的关系。 基于 JIS M8813 的煤炭 类及焦炭类 - 元素分析法的 “氧百分率计算方法 ( 氧含有率的测定方法 )” ， 测定了煤炭的 氧浓度 O％。图 7 是表示煤炭 C ～ G 的氧浓度 O％与煤炭软化时的比容积 V 之间的关系的 图示。如图 7 所示， 随着煤炭的氧浓度 O％下降， 煤炭软化时的比容积 V 增大。作为表示此 关系的式子的一例， 煤炭软化时的比容积 V 采用煤炭的氧浓度 O％用式 (5) 表示。
V ＝ -0.09×O％ +2.23 (5)
如图 6 及图 7 所示， 得知 ： 即使是在以往的 JIS M 8801 的膨胀性试验中测定的 总膨胀率为 0 ％的煤炭 ( 极低总膨胀率煤炭 )， 通过将膨胀性试验中的升温速度提高到 6.0℃ /min 以上， 也能够区别煤炭软化时的比容积， 进而能够用一次式近似表示煤炭软化 时的比容积和煤炭的氧浓度之间的关系。
再者， 对于含有煤炭 C ～ G 的配合煤 X1 ～ X10， 算出比容积， 进行了破坏强度试验。 配合煤 X1 ～ X5 的试验结果 ( 实施例 3) 见表 8， 配合煤 X6 ～ X10 的试验结果 ( 实施例 4) 见 表 9。
这里， 对配合煤 X1 在煤炭软化时的比容积的具体计算方法进行说明。配合煤 X1 中 含有的极低总膨胀率煤炭以外的煤炭 A 及 B 在煤炭软化时的比容积采用利用 JIS M 8801 的 膨胀计法的膨胀性试验进行了测定。表 1 所示的煤炭 A 在煤炭软化时的比容积 2.53(cm3/ g) 乘以煤炭 A 的配合率 0.25， 算出加权比容积 0.6325(cm3/g)。另外， 表 1 所示的煤炭 B 在 煤炭软化时的比容积 1.05(cm3/g) 乘以煤炭 B 的配合率 0.25， 算出加权比容积 0.2625(cm3/ g)。测定煤炭 C 的氧浓度， 通过对该测定的氧浓度在图 7 中进行内插或外插， 求出煤炭 C 在煤炭软化时的推断比容积 1.43(cm3/g)。该煤炭 C 在煤炭软化时的推断比容积乘以煤炭 C 的配合率 0.50 算出加权推断比容积 0.715(cm3/g)。通过合计上述的煤炭 A 和 B 的加权比 容积及煤炭 C 的加权推断比容积， 求出配合煤 X1 在煤炭软化时的比容积 1.61(cm3/g)。关 于配合煤 X2 ～ X10， 也用同样的方法算出煤炭软化时的比容积。此外， 以 6℃ /min 的升温速 度直接测定极低总膨胀率煤炭的比容积 ( 膨胀率 )， 也可以求出配合煤的比容积。 在这种情 3 况下， 通过煤炭 C 在煤炭软化时的比容积 1.43(cm /g) 乘以煤炭 C 的配合率 0.50 算出加权 比容积 0.715(cm3/g)。然后， 通过合计煤炭 A ～ C 的加权比容积， 能够求出配合煤 X1 在煤 3 炭软化时的比容积 1.61(cm /g)。
表8
表9另外， 图 3 中示出了表 8 及表 9 所示的空隙填充度与焦炭强度 DI 之间的关系。涂 黑的正方形的数据为采用与表 8 对应的配合煤 X1 ～ X5 的实施例 3。 空心三角形的数据为采 用与表 9 对应的配合煤 X6 ～ X10 的实施例 4。图 3 的横轴为煤炭软化时的空隙填充度， 纵轴 150 为焦炭强度 DI。焦炭强度 DI 是根据 JIS K 2151 的转鼓试验法的转鼓强度指数 DI 6。如 图 3 所示， 空隙填充度及焦炭强度 DI 具有一定的相关关系。通过作为基础数据存储该相关 关系， 即使在采用总膨胀率为 0％的脆弱煤炭作为焦炭的配合煤时， 也能够容易推断焦炭强 度。再者， 从图 2 及图 3 的比较得知 ： 通过加快升温速度， 煤炭 X1 ～ X10 的比容积之差增大， 能够更正确地推断焦炭强度。
在上述实施例 1 ～ 4 中， 利用 JIS M 8801 的膨胀计法进行了极低总膨胀率煤炭以
外的煤炭 ( 煤炭 A、 煤炭 B) 的膨胀性试验。即使在极低总膨胀率煤炭以外的煤炭的膨胀性 试验中， 与极低总膨胀率煤炭同样， 也能够将煤炭软化时的升温速度提高到 6.0℃ /min 以 上。例如， 在以下所示的实施例 5 及 6 中， 对于煤炭 A 及 B， 将煤炭软化时的升温速度设定在 12.0℃ /min。
( 实施例 5 及 6)
另外， 采用表 4 所示的煤炭 A 及 B 的比容积及煤炭 C ～ G 的氧浓度， 推断从配合 煤 X11 ～ X20 制作的焦炭的强度 DI( 推断 DI)。通过后述的加权平均法求出了配合煤 X11 ～ X20 的比容积。另外， 采用式 (3) 算出空隙填充度， 通过破坏强度试验测定了焦炭强度 ( 实 测 DI)。在表 10( 实施例 5) 中， 示出采用配合煤 X11 ～ X15 的配合煤的比容积 ( 加权平均比 容积 ) 和焦炭强度 DI( 推断值及实测值 )。同样， 在表 11( 实施例 6) 中， 示出采用配合煤 X16 ～ X20 的配合煤的比容积 ( 加权平均比容积 ) 和焦炭强度 DI( 推断值及实测值 )。
表 10
表 11下面对配合煤 X11 的加权平均比容积的具体计算方法进行说明。通过表 4 所示 的煤炭 A 在煤炭软化时的比容积 5.07(cm3/g) 乘以煤炭 A 的配合率 0.3， 算出加权比容积 3 3 1.521(cm /g)。通过表 4 所示的煤炭 B 在煤炭软化时的比容积 2.10(cm /g) 乘以煤炭 B 的 配合率 0.3， 算出加权比容积 0.63(cm3/g)。测定煤炭 C 的氧浓度， 通过对该测定的氧浓度 在图 6 中进行内插或外插， 求出煤炭 C 在煤炭软化时的推断比容积 1.75(cm3/g)。通过该煤 炭 C 在煤炭软化时的推断比容积乘以煤炭 C 的配合率 0.40， 算出加权推断比容积 0.7(cm3/
g)。接着， 通过合计上述的煤炭 A 和 B 的加权比容积及煤炭 C 的加权推断比容积， 求出配合 3 煤 X11 的加权平均比容积 2.85(cm /g)。关于配合煤 X12 ～ X15， 也用同样的方法算出加权平 均比容积。
同样， 参照表 4 及图 6， 求出配合煤 X16 ～ X20 的加权平均比容积。 另外， 采用式 (3)， 算出煤炭软化时的空隙填充度。表 11 中示出算出的加权平均比容积及煤炭软化时的空隙 填充度。
此外， 也能够直接测定极低总膨胀率煤炭的比容积， 计算配合煤的比容积。例如， 关于配合煤 X11 中的各煤炭的组成， 煤炭 A、 煤炭 B 及煤炭 C 的配合比分别为 30 质量％、 30 质量％、 40 质量％。 该配合煤 X11 的比容积可通过合计各煤炭的比容积和各煤炭的配合比之 积来算出。例如， 如表 4 所示， 煤炭 A 的比容积为 5.07、 煤炭 B 的比容积为 2.10、 煤炭 C 的 比容积为 1.75， 因此可从式 (6) 算出该配合煤 X11 的比容积为 2.85。
(5.07×0.3)+(2.10×0.3)+(1.75×0.4) ＝ 2.85 (6)
图 5 示出空隙填充度与焦炭强度 DI 之间的关系。涂黑的正方形的数据 ( 实测 DI) 与实施例 5 的表 10 的配合煤 X11 ～ X15 对应。另外， 空心三角形的数据 ( 实测 DI) 与实施例 6 的表 11 对应。采用图 5 的实线， 能够从煤炭软化时的空隙填充度求出采用配合煤 X11 ～ X20 的焦炭的推断 DI。例如， 配合煤 X11 的空隙填充度为 2.28(-)， 因此能够从图 5 的实线将 配合煤 X11 的推断 DI 评价为 79.7(-)。从表 10 及表 11 得知 ： 采用配合煤 X11 ～ X20 的焦炭 的推断 DI 和实际 DI 之差较小。这样， 通过以 6℃ /min 以上的升温速度进行膨胀性试验， 即 使在配合煤中含有总膨胀率为 0％的煤炭时， 也能够正确且容易地推断焦炭强度。另外， 为 了使焦炭强度大致达到规定的值以上， 能够决定作为目标的配合煤的比容积。 因此， 能够决 定配合煤中使用的煤炭品种和各煤炭品种的配合比。例如， 为了使焦炭强度 DI 在 78(-) 以 3 上， 使用具有 2.81(cm /g) 以上的加权平均比容积的配合煤 ( 例如具有 2.85(cm3/g) 的加权 平均比容积的配合煤 X11)。这样， 即使在使用的煤炭 ( 配合煤中的煤炭 ) 变更时， 也能容易 决定各煤炭的配合比。
( 变形例 )
在上述的实施方式中， 对总膨胀率为 0％的煤炭、 含有总膨胀率为 0％的煤炭的配 合煤和采用该配合煤的焦炭进行了说明。 但是， 本发明的煤炭的膨胀率的测定方法、 空隙填 充度的测定方法及煤炭配合方法并不限定于这些实施方式。也就是说， 本发明也能够适用 于总膨胀率比 0％高的煤炭、 只由总膨胀率比 0％高的煤炭构成的配合煤及采用该配合煤 的焦炭。
另外， 上述利用膨胀计测定的膨胀率 b(％ ) 及推断的比容积 V 不只是用于焦炭强 度的推断， 例如也能够用于膨胀压这样的其它物理量的推断。
产业上的可利用能性
本发明能够提供可适用于总膨胀率为 0％的煤炭的膨胀率的测定方法、 煤炭的比 容积的推断方法、 空隙填充度的测定方法及煤炭配合方法。