Способ подготовки угля для получения кокса

Способ подготовки угля для получения кокса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу подготовки угля для получения кокса, в котором прочность кокса может быть повышена на основе оценки результатов для угля, предназначенного для получения кокса, с использованием способа исследования, который точно оценивает термопластичность угля при осуществлении коксования.

Уровень техники

Кокс, который используют в способе с использованием доменной печи, который представляет собой наиболее распространенный способ получения чугуна, играет роли восстанавливающего агента для железной руды, источника тепла и сепаратора. Поскольку для непрерывной и эффективной работы доменной печи важно поддерживать проницаемость для газа в доменной печи, желательным является получение кокса, имеющего высокую прочность. Кокс получают посредством коксования смеси углей, которую получают посредством смешивания различных видов угля для получения кокса, которые измельчают и у которых регулируют размер частиц, в коксовой печи. Уголь для получения кокса размягчается и плавится при температуре в пределах от 300°C до 550°C, когда осуществляют коксование, и, в то же время, вспенивается и набухает из-за генерирования летучих веществ, что приводит к образованию частиц угля, слипшихся друг с другом, таким образом, что уголь превращается в агломерированный полукокс. Затем полукокс превращается в прочный кокс, поскольку становится более плотным, в процессе, в котором полукокс нагревают до температуры примерно 1000°C, и подвергается усадке. По этой причине, адгезивность угля, когда происходит размягчение и плавление, оказывает большое влияние на свойства кокса, такие как прочность и размер частиц, после осуществления коксования.

Поскольку свойства кокса и структура коксового пирога изменяются в широких пределах в зависимости от термопластичности угля после осуществления коксования, как описано выше, термопластичность угля является настолько важной, что исследования способа наблюдения термопластичности активно осуществляются в течение продолжительного времени. В частности, прочность кокса, которая является важным свойством кокса, изменяется в широких пределах в зависимости от свойств угля, который представляет собой исходный материал для кокса, в особенности, от типа и термопластичности угля. Термопластичность представляет собой свойство размягчения и плавления, когда уголь нагревают, и обычно она оценивается посредством наблюдения свойств текучести, вязкости, адгезивности, набухания, и так далее, термопластичного материала.

Примеры обычных способов наблюдения текучести, когда происходит размягчение и плавление, которые представляют собой некоторый вид термопластичности, включают способ исследования текучести угля с помощью способа с использованием пластометра Гизелера в соответствии с JIS М 8801. Способ с использованием пластометра Гизелера представляет собой способ, в котором уголь измельчают до размера частиц от 425 мкм или меньше, затем измельченный уголь помещают в специальную реторту и нагревают при заданной скорости нагрева, а затем скорость вращения палочки мешалки, к которой прикладывают заданный крутящий момент, наблюдают на пластинке шкалы и представляют в единицах ddpm (деления круговой шкалы в минуту).

В то время как в способе с использованием пластометра Гизелера скорость вращения наблюдают при постоянном крутящем моменте, разработан также способ, в котором наблюдают крутящий момент при постоянной скорости вращения. Например, патентная литература 1 описывает способ, в котором наблюдают крутящий момент, в то время как ротор вращается при постоянной скорости вращения.

В дополнение к этому, имеется способ наблюдения вязкости с использованием устройства для наблюдения динамической вязкоупругости для наблюдения вязкости, которая имеет физическое значение, как термопластичности (например, см. патентную литературу 2). Вязкоупругие свойства наблюдают, когда прикладывают циклическую силу к вязкоупругой массе, при наблюдении динамической вязкоупругости. Патентная литература 2 описывает способ, при котором термопластичность оценивают в терминах комплексной вязкости из наблюдаемых параметров, и он отличается тем, что вязкость термопластичного угля может наблюдаться при произвольной скорости сдвига.

Кроме того, сообщается о примере, в котором адгезивность размягчающегося угля по отношению к активированному углю или стеклянным шарикам наблюдается как термопластичность угля. Это способ, в котором активированный уволь или стеклянные шарики размещают на верхней и нижней поверхностях малого количества образца угля, затем образец нагревают, затем охлаждают после наступления размягчения и плавления, а затем адгезивность образца угля по отношению к активированному углю или стеклянным шарикам наблюдают по внешнему виду.

Пример распространенных способов наблюдения свойств набухания угля, когда происходит размягчение и плавление, представляет собой способ с использованием дилатометра в соответствии с JIS M 8801. Способ с использованием дилатометра представляет собой способ, в котором уголь измельчают до размера частиц 250 мкм или меньше, затем измельченный уголь компактируют с помощью описанного способа, помещают в специальную реторту и нагревают при заданной скорости нагрева, а затем наблюдают изменение со временем смещения угля с использованием стержня для детектирования, который помещают поверх угля.

Кроме того, хорошо известен способ исследования свойств набухания угля, в котором свойства проницаемости газа, который генерируется, когда происходит размягчение и плавление, который улучшают для моделирования термопластичных свойств угля в коксовой печи (например, см. патентную литературу 3). Это способ, в котором окружающая среда наблюдения делается ближе к среде, в которой наблюдают свойства набухания в коксовой печи, посредством размещения проницаемого материала между слоем угля и поршнем или между слоем угля и поршнем, и под слоем угля, для увеличения количества каналов для проникновения летучих веществ и жидкого материала, которые генерируются из угля. Подобным же образом, хорошо известен способ наблюдения свойств набухания угля посредством размещения материала, имеющего каналы, проходящие через всю массу, поверх слоя угля и посредством нагрева угля с помощью микроволн, в то время как к углю прикладывают нагрузку (см. патентную литературу 4).

Список цитирований

Патентная литература

1. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии №6-347392

2. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии №2000-304674

3. Патент Японии №2855728

4. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии №2009-204609

Непатентная литература

1. Morotomi et al.: "Journal of Fuel Society of Japan", Vol.53, 1974, pp.779-790

2. Miyazu et al.: "Nippon Kokan Technical Report", Vol.67, 1975, pp.125-137

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые должно решать изобретение

Как правило, смесь углей, которую получают посредством смешивания нескольких марок угля при заданных отношениях, используют для получения металлургического кокса, и имеется та проблема, что невозможно получить желаемую прочность кокса в случае, когда термопластичность не может быть оценена правильно. В случае, когда кокс, имеющий низкую прочность, который не имеет желаемой прочности, используют в шахтной печи типа доменной печи, существует возможность возникновения той проблемы, что количество порошка, который генерируется в шахтной печи, увеличивается, что приводит к нестабильности работы шахтной печи из-за увеличения потерь давления, и это приводит к так называемому просачиванию, при котором газовый поток концентрируется локально.

Существует множество примеров показателей термопластичности, при использовании которых невозможно точно предсказать прочность. По этой причине, прочность кокса контролируют при определенном значении или при большем значении на эмпирической основе посредством установления целевой прочности кокса, достаточно высокой, заранее учитывающей разброс прочности кокса из-за неточности при оценке термопластичности. Однако этот способ вызывает увеличение затрат, поскольку среднее качество смеси углей устанавливается более высоким при использовании угля, который, как всем известно, имеет хорошую термопластичность и является сравнительно дорогостоящим.

Термопластичный уголь размягчается и плавится в коксовой печи при условиях, в которых уголь является ограниченным посредством соседних слоев. Поскольку теплопроводность угля является настолько низкой, что уголь не нагревается равномерно в коксовой печи, имеются слои с различными условиями, например, считая со стороны стенки печи: слой кокса, пластичный слой и слой угля. Термопластичный уголь является ограниченным соседним слоем кокса и слоем угля, поскольку, хотя коксовая печь немного расширяется, когда происходит коксование, величина деформации является незначительной.

Кроме того, вокруг термопластичного угля, имеется много видов дефектных структур, таких как пространства между частицами в слое угля, пространства между частицами в слое термопластичного угля, большие поры, вызываемые улетучиванием пиролизного газа, и трещины, возникающие в соседнем слое кокса. В частности, ширина трещины, возникающей в слое кокса, как считается, составляет от нескольких сотен мкм до нескольких мм, и она больше чем ширина пространства между частицами угля или ширина поры, которая составляет от нескольких дюжин до нескольких сотен мкм. По этой причине, не только пиролизный газ и текучий материал, которые генерируются из угля в качестве побочного продукта, но и сам термопластичный уголь, как считается, может проникать в большие дефекты, которые возникают в слое кокса. В дополнение к этому, ожидается, что скорость сдвига, прикладываемая к термопластичному углю, когда происходит проникновение, будет изменяться в зависимости от марки угля.

Авторы настоящего изобретения считают, что в качестве показателя необходимо использовать термопластичность угля, которую наблюдают при условиях, которые моделируют окружающую среду, действию которой уголь подвергается в коксовой печи, как описано выше, для более точного регулирования прочности кокса. В частности, авторы настоящего изобретения считают, что важно наблюдать термопластичность при условиях, в которых термопластичный уголь является ограниченным, а также при условиях, которые моделируют перемещение и фильтрацию термопластичного материала в окружающие дефектные структуры. Однако для обычного способа наблюдения имеются проблемы, как рассмотрено ниже.

Когда способ с использованием пластометра Гизелера представляет собой способ наблюдения, в котором уголь набивают в емкость, имеется та проблема, что условия ограничения и проникновения не рассматриваются. Кроме того, этот способ непригоден для наблюдения угля, имеющего высокую текучесть. Причина этого заключается в том, что в случае угля, имеющего высокую текучесть, стержень мешалки вращается вхолостую из-за явления (эффектов Вайссенберга), при котором образуются пустоты вблизи боковой стенки внутри емкости, что приводит к тому, что возникает ситуация, когда правильно оценить текучесть невозможно (например, см. непатентную литературу 1).

Подобным же образом, в случае наблюдения крутящего момента при постоянной скорости вращения, также имеется то несоответствие, что не рассматриваются условия ограничения и проникновения. Кроме того, поскольку этот способ представляет собой наблюдение при постоянной скорости сдвига, правильно оценить термопластичность угля, как описано выше, невозможно.

Устройство для наблюдения динамической вязкоупругости представляет собой устройство, при использовании которого вязкость наблюдают как термопластичность, и посредством которого вязкость может наблюдаться при произвольной скорости сдвига. По этой причине, можно наблюдать вязкость термопластичного угля в коксовой печи, если скорость сдвига при осуществлении наблюдения установлена как значение, которое прикладывается к углю в коксовой печи. Однако обычно сложно наблюдать или предсказывать скорость сдвига, которая приложена к каждой марке угля в коксовой печи.

В случае способа, в котором наблюдают адгезивность угля по отношению к активированному углю или стеклянным шарикам, как термопластичность угля, хотя и предполагается моделирование условий фильтрации в присутствии угля, имеется та проблема, что не рассматривается слой кокса или большие дефекты. Кроме того, имеется также то несоответствие, что наблюдение не осуществляется при условиях ограничения.

В случае способа исследования свойств набухания угля с использованием проницаемого материала в соответствии с патентной литературой 3, хотя и рассматривается перемещение газа и жидкого материала, которые генерируются из угля, имеется та проблема, что не рассматривается перемещение самого термопластичного угля. Это связано с тем, что проницаемость проницаемого материала, который используют в патентной литературе 3, недостаточно большая для того, чтобы термопластичный уголь перемещался. Когда авторы настоящего изобретения осуществляли исследование в соответствии с патентной литературой 3, проникновения термопластичного угля в проницаемый материал не происходило. По этой причине, необходимо рассмотреть новые условия, чтобы сделать возможным проникновение термопластичного угля в проницаемый материал.

Хотя патентная литература 4 описывает также способ исследования свойств набухания, в котором перемещение газа и жидкого материала, которые генерируются из угля, рассматриваются посредством размещения, сходным образом, материала, имеющего каналы, проникающие через всю массу, поверх слоя угля, имеются те проблемы, что имеется не только ограничение на способ нагрева, но и те, что условия оценки явления проникновения в коксовой печи неясны. Кроме того, нельзя сказать, что патентная литература 4 описывает способ получения кокса удовлетворительного качества, поскольку соотношение между явлением проникновения и термопластичными свойствами термопластичного угля неясно, и поскольку нет никаких идей относительно соотношения между явлением проникновения термопластичного угля и качеством кокса.

Как описано выше, при использовании обычных способов, невозможно наблюдать термопластичность угля и спекающей добавки, например, текучесть, вязкость, адгезивность, проницаемость, отношение набухания, когда происходит проникновение, и давление, когда происходит проникновение, при условиях, которые в достаточной степени моделируют окружающую среду, которая окружает термопластичный уголь и спекающую добавку в коксовой печи.

По этой причине, целью настоящего изобретения является, посредством решения проблем обычных способов, описанных выше, создание способа более точной оценки термопластичности угля посредством наблюдения термопластичности угля при условиях, которые в достаточной степени моделируют окружающую среду, которая окружает термопластичный уголь в коксовой печи, и создание способа получения угля определенной марки, имеющего заданное качество, посредством выяснения качества марки угля, который можно идеально использовать для получения высокопрочного кокса с использованием указанного способа оценки.

Решение проблемы

Характеристики настоящего изобретения для решения проблем, описанных выше, будут описаны ниже.

[1] Способ подготовки угля для получения кокса, в котором расстояние проникновения индивидуальной марки угля устанавливают на заданном значении или на значении меньшем, чем заданное, когда эту марку угля подготавливают в качестве материала, который должен использоваться для получения кокса сам по себе или при смешивании с другими марками угля.

[2] Способ подготовки угля для получения кокса, в котором расстояние проникновения одной или нескольких марок угля устанавливают на заданном значении или на значении меньшем, чем заданное, когда множество марок угля смешивают в качестве материалов, которые должны использоваться для получения кокса.

[3] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с пунктом [1] или [2], в котором максимальную текучесть по Гизелеру марки угля устанавливают на 100 ddpm (делений круговой шкалы в минуту) или более.

[4] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[3], в котором заданное значение расстояния проникновения для марки угля, который должен быть подготовлен, определяют с помощью следующего уравнения (1):

р а с с т о я н и е   п р о н и к н о в е н и я = 1 , 3 × a × l o g M F c         ( 1 ) ,

где а представляет собой постоянную, которая составляет от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию logMF<2,5, и построения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений, и

где MFc представляет собой максимальную текучесть по Гизелеру (ddpm) угля, который должен быть подготовлен.

[5] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с пунктом [4], в котором а представляет собой постоянную, которая составляет от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию 1,75<logMF<2,50, и получения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений.

[6] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[3], в котором заданное значение расстояния проникновения для марки угля, который должен быть подготовлен, определяют с помощью следующего уравнения (2):

р а с с т о я н и е   п р о н и к н о в е н и я = a ' × l o g M F c + b         ( 2 ) ,

где а′ представляет собой постоянную, которая составляет от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию logMF<2,5, и построения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений,

где b представляет собой постоянную, определенную с помощью среднего значения стандартного отклонения расстояния проникновения или больше и среднего значения, умноженного на 5, или меньше, когда наблюдение осуществляют множество раз для такого же образца одного или нескольких видов, выбранных из марок углей, которые используют для получения линии регрессии, и

где MFc представляет собой максимальную текучесть по Гизелеру (ddpm) угля, который должен быть подготовлен.

[7] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с пунктом [6], в котором а′ представляет собой постоянную, которая составляет от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию 1,75<logMF<2,50, и получения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений.

[8] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[3], в котором заданное значение расстояния проникновения составляет 15 мм в соответствии со значением, наблюдаемым, когда образец угля получают посредством измельчения угля таким образом, что частицы, имеющие диаметр 2 мм или меньше, составляют 100% мас., и набивки емкости измельченным углем при плотности набивки 0,8 г/см³ и при толщине слоя 10 мм нагревают до 550°C при скорости нагрева 3°C/мин, при этом нагрузку прикладывают сверху на стеклянные шарики, имеющие диаметр 2 мм, размещенные на образце таким образом, что давление составляет 50 кПа, и наблюдения расстояния проникновения термопластичного образца между стеклянными шариками.

[9] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[3], в котором заблаговременно определяют множество видов угля, составляющих смесь углей, и устанавливают заданное расстояние проникновения, чтобы оно составляло среднее значение расстояния проникновения этих видов угля, умноженное на 2, или больше.

[10] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[9], в котором расстояние проникновения индивидуальных марок угля, которые должны быть подготовлены, устанавливают посредством смешивания множества видов угля из разных мест добычи.

[11] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с любым из пунктов [1]-[9], который включает обработку для уменьшения расстояния проникновения угля посредством размещения угля в атмосфере, состоящей из одного или нескольких из О₂, СО₂ и Н₂О при температуре равной комнатной температуре или выше.

[12] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с пунктом [11], в котором обработку осуществляют при температуре обработки от 100°C или выше и до 300°C или ниже в течение времени обработки от 1 минуты или больше и до 120 минут или меньше.

[13] Способ подготовки угля для получения кокса в соответствии с пунктом [12], в котором обработку осуществляют при температуре обработки от 180°C или выше и до 200°C или ниже в течение времени обработки от 1 минут или больше и до 30 минут или меньше.

Положительные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, уголь, который можно идеально использовать для получения высокопрочного металлургического кокса, может быть получен с использованием наблюдаемой величины, которая делает возможной оценку термопластичности угля, то есть, так сказать, с использованием расстояния проникновения термопластичного материала в дефектную структуру, которое наблюдают при условиях, которые моделируют влияние дефектной структуры, окружающей пластичный слой угля, в коксовой печи, в частности, трещин, существующих в слое кокса рядом с пластичным слоем, и которые соответствующим образом моделируют условия ограничений окружающих термопластичный материал в коксовой печи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую пример устройства для наблюдения термопластичности при постоянной нагрузке, которую прикладывают к образцу, который должен использоваться в настоящем изобретении, и с материалом, имеющим сквозные отверстия сверху донизу.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее пример материала, имеющего сквозные отверстия сверху донизу, который должен использоваться в настоящем изобретении, который имеет сквозные отверстия с круглым поперечным сечением, проходящие через все тело.

Фиг.3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее пример материала, имеющего сквозные отверстия сверху донизу, который должен использоваться в настоящем изобретении, который имеет слой набивки из сферических частиц.

Фиг.4 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее пример материала, имеющего сквозные отверстия сверху донизу, который должен использоваться в настоящем изобретении, который имеет слой, заполненный цилиндрическими телами.

Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий результаты наблюдения расстояния проникновения термопластичного материала угля.

Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий позиционное соотношение расстояния проникновения и максимальной текучести кокса А и кокса F, которые используют в примере 1, и области расстояния проникновения и максимальной текучести, соответствующей (а).

Фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий позиционное соотношение расстояния проникновения и максимальной текучести кокса А и кокса F, которые используют в примере 1, и области расстояния проникновения и максимальной текучести, соответствующей (b).

Фиг.8 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую пример устройства для наблюдения термопластичности, имеющего объем, который поддерживают постоянным для образца в соответствии с настоящим изобретением и для материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу.

Осуществление изобретения

Как правило, кокс получают посредством коксования смеси углей, которую получают посредством смешивания множества марок угля различного качества. Уголь обычно транспортируют после того, как качество каждой марки будет приведено в соответствие стандарту качества, указанному в торговом контракте и т.п., на месте добычи угля. Качество ограничивается качеством добываемого угля, и, даже если уголь добывают из одной и той же угольной шахты, качество угля зависит от конкретного места добычи и от обработки, осуществляемой после добычи, и не всегда является одинаковым.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что "расстояние проникновения", которое стало возможно наблюдать с помощью нового способа наблюдения и которое представляет собой новый показатель оценки термопластичности, представляет собой показатель, превосходящий обычные показатели для контроля прочности кокса. Затем, по результатам исследований способа подготовки материала марки угля, имеющего термопластичность, которая считается предпочтительной, при использовании нового способа оценки, обнаружено, что можно получать уголь, имеющий предпочтительные свойства, посредством объединения марок угля, имеющих различные свойства, и посредством осуществления идеальной обработки угля, и, как следствие, настоящее изобретение было завершено. Описание наблюдения "расстояния проникновения" будет описано ниже.

Фиг.1 иллюстрирует пример устройства для наблюдения термопластичности (расстояния проникновения) в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1 иллюстрирует устройство в случае, когда образец угля нагревают при постоянной нагрузке, которую прикладывают к углю и к материалу, имеющему сквозные отверстия, проходящие сверху донизу. Образец 1 получают посредством набивки угля в нижнюю часть емкости 3, а затем материал 2, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, помещают поверх образца 1. Образец 1 нагревают до температуры, при которой образец начинает размягчаться и плавиться, или до более высокой температуры, таким образом, что образец 1 проникает в материал 2, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, а затем наблюдают расстояние проникновения. Нагрев осуществляют в атмосфере инертного газа. В настоящем документе, инертный газ относится к газу, который не взаимодействует с углем при температуре в том диапазоне, в котором осуществляют наблюдение, и репрезентативные примеры инертного газа включают газообразный аргон, газообразный гелий и газообразный азот. Расстояние проникновения можно наблюдать при условиях, при которых осуществляют нагрев, при этом объем угля и материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, поддерживают постоянным. Фиг.8 иллюстрирует пример устройства для наблюдения термопластичности (расстояния проникновения) в этом случае.

В случае, когда нагрев осуществляют при постоянной нагрузке, прикладываемой к образцу 1 и материалу 2, имеющему сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, образец 1 демонстрирует набухание или усадку и материал 2, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, перемещается по вертикали.

По этой причине, можно наблюдать отношение набухания для материала 2, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, когда происходит проникновение. Как иллюстрирует фиг.1, стержень 13 для детектирования, используемый для определения отношения набухания, помещают поверх материала 2, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, массу 14 для приложения нагрузки на образец помещают поверх стержня 13 для детектирования, используемого для определения отношения набухания, сенсор 15 смещения помещают поверх массы 14, а затем наблюдают отношение набухания. Пригодным для использования является сенсор 15 смещения, который может наблюдать отношение набухания в диапазоне набухания образца (от -100% до 300%). Предпочтительно, чтобы использовался оптический сенсор смещения, поскольку сенсор смещения бесконтактного типа является пригодным для использования в случае, когда необходимо, чтобы внутренне пространство системы нагрева поддерживалось в атмосфере инертного газа. Предпочтительно, чтобы в качестве атмосферы инертного газа использовалась атмосфера азота. В случае, когда материал 2, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, имеет слой набивки из сферических частиц, является предпочтительным, чтобы пластинка помещалась между материалом 2, имеющим сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, и стержнем 13 для детектирования, используемым для определения отношения набухания, поскольку имеется возможность того, что стержень 13 для детектирования, используемый для определения отношения набухания, может погружаться в слой частиц. Относительно нагрузки, которая должна прикладываться к образцу, является предпочтительным, чтобы нагрузка равномерно прикладывалась сверху на материал, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, и чтобы давление от 5 кПа до 80 кПа прикладывалось ко всей площади верхней поверхности материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, более предпочтительно, от 15 кПа до 55 кПа, наиболее предпочтительно, от 25 кПа до 50 кПа. Хотя предпочтительно, чтобы это давление устанавливалось на основе давления набухания слоя пластичного материала в коксовой печи, по результатам исследования воспроизводимости результатов наблюдения и на основе статистической мощности детектирования различий между различными марками углей, обнаружено, что давление примерно от 25 кПа до 50 кПа, которое скорее выше, чем давление набухания в реальной коксовой печи, является наиболее предпочтительным в качестве условий наблюдения.

Относительно средств нагрева, предпочтительно использовать такие средства, чтобы нагрев мог осуществляться при заданной скорости нагрева, с наблюдением при этом температуры образца. Конкретные примеры включают электрическую печь, внешнюю систему нагрева, которая объединяет электропроводящую емкость и высокочастотную индукционную установку, и систему внутреннего нагрева, такую как микроволновой нагрев. В случае, когда используют систему внутреннего нагрева, необходимо некоторое устройство для получения равномерного распределения температуры внутри образца, и предпочтительно, например, принять меры для повышения термоизолирующих свойств емкости.

Относительно скорости нагрева, необходимо, чтобы скорость нагрева была равна скорости нагрева угля в коксовой печи, для моделирования термопластичных свойств угля и спекающей добавки в коксовой печи. Поскольку скорость нагрева угля в диапазоне температур для получения термопластичности изменяется в зависимости от положения в коксовой печи и от условий работы и составляет примерно от 2°С/мин до 10°С/мин, предпочтительно, чтобы скорость нагрева при моделировании составляла от 2°С/мин до 4°С/мин, что составляет примерно среднее значение реальной скорости нагрева, более предпочтительно, примерно 3°С/мин. Однако, в случае угля, имеющего низкую текучесть, такого как некоксующийся или слабо коксующийся уголь, имеется возможность того, что расстояние проникновения и набухание для скорости нагрева 3°С/мин будут слишком маленькими для детектирования. Хорошо известно, что текучесть угля, наблюдаемая при использовании пластометра Гизелера, увеличивается при осуществлении нагрева с высокой скоростью нагрева. По этой причине, например, в случае угля, у которого расстояние проникновения составляет 1 мм или меньше, наблюдение можно осуществлять при более высокой скорости нагрева от 10°С/мин до 1000°C/мин, для увеличения чувствительности детектирования.

Относительно диапазона температур для нагрева, является пригодным для использования осуществление нагрева в диапазоне температур, соответствующих термопластичности, поскольку целью наблюдения является оценка термопластичности угля и спекающей добавки. Является пригодным для использования, с учетом диапазона температур, соответствующих термопластичности угля для получения кокса и спекающей добавки, чтобы нагрев осуществляли при температуре в диапазоне от 0°C (комнатная температура) до 550°C при заданной скорости нагрева, предпочтительно, от 300°C до 550°C, что представляет собой диапазон температур, соответствующих термопластичности угля.

Предпочтительно, чтобы коэффициент проницаемости материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, наблюдался или вычислялся заранее. Примеры форм материала включают сплошной материал, имеющий сквозные отверстия через все тело, и слой набивки из частиц. Примеры сплошного материала, имеющего сквозные отверстия через все тело, включают материал, имеющий отверстия 16 с круглым поперечным сечением, проходящие через все тело, как иллюстрируется на фиг.2, материал, имеющий прямоугольные отверстия, проходящие через все тело, и материал, имеющий отверстия правильной формы, проходящие через все тело. Примеры слоя набивки из частиц грубо классифицируются на слой набивки из сферических частиц и слой набивки из несферических частиц. Примеры слоя набивки из сферических частиц включают слой, набитый частицами 17 набивки из шариков, как иллюстрируется на фиг.3, и примеры слоя набивки из несферических частиц, включают слой набивки из частиц правильной формы и слой с набивкой из плотноупакованных цилиндров 18, как иллюстрируется на фиг.4. Предпочтительно, чтобы коэффициент проницаемости материала был настолько однородным, насколько это возможно, для достижения воспроизводимости наблюдения, и чтобы вычисление коэффициента проницаемости было простым для достижения удобства наблюдения. По этой причине, является предпочтительным, чтобы в качестве материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, использовался слой набивки из сферических частиц. Нет каких-либо конкретных ограничений относительно материала, выбираемого в качестве материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, постольку, поскольку материал пренебрежимо мало деформируется и не взаимодействует с углем при температуре в диапазоне температур, соответствующих термопластичности угля, в частности, 600°C или ниже. В дополнение к этому, предпочтительно, чтобы высота материала была достаточно большой с тем, чтобы позволить расплавленному углю проникать в материал, и, в случае, когда нагревают слой угля, имеющий толщину от 5 мм до 20 мм, является пригодным для использования, чтобы высота материала составляла примерно от 20 мм до 100 мм.

Необходимо, чтобы коэффициент проницаемости материала, имеющего сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, устанавливался на основе оцененного значения коэффициента проницаемости для больших дефектов, существующих в слое кокса. Авторы настоящего изобретения осуществили исследования относительно того, какое значение коэффициента проницаемости является особенно предпочтительным для настоящего изобретения, включая исследование фактора конфигурации больших дефектов и оценку размеров больших дефектов, и в результате, обнаружили, что случай, когда коэффициент проницаемости составляет от 1×10⁸ м^-2 до 2×10⁹ м^-2, является идеальным. Этот коэффициент проницаемости получают на основе закона Дарси, который выражается уравнением (3), описанным ниже.

Δ P / L = K ⋅ μ ⋅ u