Analiza fraktalna w badaniach mikroskopowych koksów

• Autorzy: Piechaczek M. , Mianowski A. , Sobolewski A.

Warianty tytułu

EN

Fractal analysis in microscopic research of coke

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podjęto próbę wykorzystania obserwacji mikroskopowych koksu do wyznaczania wymiaru fraktalnego D^F. Eksperyment przeprowadzono dla różnorodnych jakościowo próbek koksów wielkopiecowych i karbonizatów. Podstawową czynnością jest przekształcenie barwnego obrazu rzeczywistego w obraz binarny, zarówno dla struktury obserwowanej jako tekstura porowata (D^F_pjak i obrazów po segmentacji obrazów tekstury optycznej (D^F_tx). Takie postępowanie przekłada się na wartości w obu przypadkach z przedziału 1<D^F≤2. Analizie poddaje się otrzymane obrazy, wykorzystując zdefiniowanie wymiarowe metodą pudełkową (box counting). Ważnym elementem badań było dostosowanie skali prezentowanego obrazu do potrzeb wiarygodnej oceny tekstury porowatej i optycznej, wynikiem czego było zastosowanie mozaik wielkoformatowych do oceny przekrojów porowatych i małych próbek obrazowych indywidualnych typów tekstur do analizy tekstury optycznej. Ponadto, opracowano sposób uzyskiwania wartości wypadkowej różnowartościowych wymiarów fraktalnych tekstur, D^MF, określonej jako multifraktal tekstury optycznej. W celu oceny skuteczności metody w ocenie jakości koksu, wyniki wymiarów fraktalnych porównywano ze wskaźnikiem reakcyjności koksu (CRI). Ustalono, że wraz ze wzrostem dwóch, wymienionych wymiarów fraktalnych, obniża się jakość koksu w wyniku wzrostu jego reakcyjności (CRI). Dla koksu wysokogatunkowego wyznaczono dwie miary wymiarów fraktalnych zmiennych w zakresach: dla tekstury porowatej 1,88<D^F_p<1,95 oraz dla 1,86<D^MF<1,90, gdzie D^MF jest multifraktalem tekstury optycznej.

EN

The aim of the study was to use the coke images to estimate the fractal dimensions. The experiment was carried out for qualitatively diverse samples of metallurgical coke and chars. The basic action is to transform the colorful microscopic images, both of porosity texture and segmented texture images, to a binary form. Obtained images are processed in the software and fractal dimensions are calculated according to box counting method. Fractal dimensions for both cases (porosity and optical texture) are in the range1<D^F≤ 2. One of the main subjects was to adjust, the scale of studied images of porosity cross-sections and optical texture images, for a reliable assessment of fractal analysis. High resolution mosaic images were used to determine the fractal dimension of pore structure, and small image samples of individual textures were used to determine the fractal of optical texture. Furthermore, a method of averaging fractal dimensions of individual textures was proposed to obtain a dimensionless value, called the multifractal, D^MF. The effectiveness of the method in assessing the quality was determined by comparing the results with the parameter CRI. It was established that two independent fractal dimensions decide about coke quality. Good quality of coke is related to fractal dimension of porosity texture 1,88<^F_p<1,95, same as multifractal dimension of optical texture 1,86<D^MF<1,90.

Słowa kluczowe

PL

analiza mikroskopowa; tekstura koksu; wymiar fraktalny; wymiar multifraktalny

EN

microscopic analysis; coke texture; fractal dimension; multifractal

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 3
• Strony: 162--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Piechaczek M.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Mianowski A.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Sobolewski A.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

Bibliografia

• 1. Jasieńko S., Biegańska C., Świetlik U., Kidawa H., Atlas mikroskopowych typów struktur występujących w węglach kamiennych i koksach, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997.
• 2. Marsh, H., Introduction to carbon science. Butterwords Londyn,1989.
• 3. Marsh, H., Clarke, D. E., Mechanism of formation of structure within metallurgical coke and its effect on coke properties. Erdol und Kohle, 1986, vol. 39, s. 113.
• 4. McEnaney B., Mays T.J., Porosity in Carbons and Graphites. [Ed.] Marsh H. Introduction to carbon Science. Butterworth & Co., 1989.
• 5. Piechaczek, M., Mertas, B., Sobolewski, A., Development of the coke optical structure depending on the final-coking temperature. Conference materials 62-nd Annual Meeting of the ICCP, 18-20, Belgrade, Serbia, 2010.
• 6. Piechaczek M., Smędowski Ł., Pusz S., Evaluation of the possibilities of applying fractal analysis for the characterization of molecular arrangement of carbon deposits in comparison to conventional instrumental methods. International Journal for Coal Geology, 2014, http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2014.06.026.
• 7. Jeffrey H.J., Chaos game visualization of sequences. Chaos and Fractals: A computer Graphical Journey, 1998, s. 5.
• 8. Fernández-Martínez M., Sánchez-Granero M.A., Fractal dimension for fractal structures. Topology and its Applications, 2014, vol. 163, s. 93.
• 9. Longjum X., Daijun Z., Xuefu X., Fractal dimensions of coal and cokes. Journal of Colloid and Interface Science , 1997, vol. 190, s. 357.
• 10. Omiotek Z., Badanie samopodobieństwa obrazów metodą analizy fraktalnej, Barometr Regionalny, 2011, nr 1(23), s. 93.
• 11. Mede J., Weishauptová Z., The microporous phase of carbonaceous substances and its fractal dimension. Fuel, 2000, vol. 79, s. 1621.
• 12. Mianowski A., Owczarek M., Fractal analysis of carbonized porous material on the basis of mercuric porosymetry. Polish Journal of Applied Chemistry, 2000, vol. 44, s. 95.
• 13. Mahamud M., López Ó., Pis J.J., Pajares J.A., Textural characterization of coal using fractal analysis. Fuel Processing Technology, 2003, vol. 81, s. 127.
• 14. Dannenberg R., Quantitative comparison of Lineal Analysis to Box Counting Analysis of a real microtexture. Harmonic and Fractal Image Analysis, 2004, s. 50.
• 15. Mahamud M., Novo M.F., The use of fractal analysis in the textural characterization of coals. Fuel, 2008, vol. 87, s. 222.
• 16. Yongli C., Xiaoliang W., Rong H., Modeling changes of fractal pore structures in coal pyrolysis. Fuel, 2011, vol. 90, s. 499.
• 17. Strugała A., Porowatość koksu i jej wpływ na proces wielkopiecowy. Karbo, 2006, nr 2, s. 86.
• 18. Piechaczek M., Mianowski A., Sobolewski A., The original concept of description of the coke optical texture, International Journal of Coal Geology, 2014, vol. 131, s. 319., DOI: 10.1016/j.coal.2014.07.002.
• 19. ASTM D5061-07. Microscopical determination of the textural components of metallurgical coke.