(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
コークスの生産量を増大させる方法として、コークスの原料となる原料炭を加熱して予熱炭とし、この予熱炭を乾留してコークスとする方法が知られている。この方法によれば、予め原料炭を乾燥予熱することで、原料炭の乾留時間を短縮することが可能になっている。この種の方法として、原料炭を乾燥予熱してからコークス炉に装入して乾留するプレカーボン法と呼ばれる方法があるが、水分を約10%程度含む原料炭を、水分が2.7%以下になるまで乾燥させると、原料炭に付着していた微粉炭が単離し、この微粉炭がコークス炉の炉壁に貼られた煉瓦の目地に入り込んで、炉壁を傷める問題や、コークス炉への搬送途中で発塵する問題があった。
【0003】
この問題を解決する方法として、下記特許文献1には、原料炭の乾燥工程において発生した微粉炭を集塵し、集塵した微粉炭にバインダーとしてタールを添加し、2本のロールを平行に配置させてなるロール成型機に微粉炭を噛み込ませ、圧密成形して塊成炭とする方法が開示されている。この方法では、ロールへの微粉炭の噛み込みを容易にするため、ロールの周面に溝状の凹部を設けて、微粉炭とロールとの摩擦係数を向上させている。
【0004】
また、下記特許文献2には、バインダーと微粉炭とを混練する際に、バインダーとともに蒸気を微粉炭に添加することで、ロール成型機のロール間ギャップを2〜10mmの範囲に調整して塊成炭の歩留まりを80%以上にする方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1及び2においては、銘柄の異なる石炭を配合して原料炭とする際の石炭の配合比、原料炭の粒度、原料炭の水分率、微粉炭へのバインダーの添加量、微粉炭とバインダーとの混練具合等が変動することがある。こうした製造プロセス上の変動によって微粉炭の性状が変化すると、ロール成型機のロールと微粉炭との摩擦係数が変動し、ロールに対して微粉炭を安定して噛み込ませることが困難になり、塊成炭の製造に不具合が生じる場合があった。
【0007】
本発明の課題は、高品質の塊成炭を常時安定して得ることが可能な塊成炭の製造方法及び塊成炭の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
微粉炭にバインダーを混合させてなる混練炭とロールとの摩擦係数に関して、ロールと混練炭との摩擦係数が大きくなると、つまり混練炭がロールに対して滑りにくくなると、過剰の混練炭がロールギャップに噛み込まれ、これによりロールに過剰な荷重が加わってロール成型機が破損してしまう。これにより修理が余儀なくされ、塊成炭の生産効率が大幅に低下してしまう。また、ロールと混練炭との摩擦係数が小さくなると、つまり混練炭がロールに対して滑りやすくなると、混練炭がロールギャップに噛み込まれず、塊成炭が製造できなくなる。
【0009】
特に、微粉炭とバインダーとが均一に混合されないと、バインダーの含有率が高い混練炭と含有率が低い混練炭とが混在するようになる。バインダーの含有率が高い混練炭はロールに対する摩擦係数が高く、バインダーの含有率が低い混練炭はロールに対する摩擦係数が低くなるので、バインダーの含有率が高いものと低いものが混在した混練炭は、安定して噛み込みを行うことができなくなることが判明した。
【0010】
そこで本発明者らが鋭意検討したところ、ロール成型機のロールの周面に水を供給することで、混練炭がロールに安定して噛み込まれることを見出し、下記の本発明を完成させた。
【0011】
(1)微粉炭にバインダーが添加された混練炭をロール成型機によって成型する塊成炭の製造方法において、
前記ロール成型機のロール
をケーシングによって覆った状態で、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物を、前記ケーシングの内部空間に供給しながら前記混練炭を成型することを特徴とする塊成炭の製造方法
。
(
2)微粉炭にバインダーが添加された混練炭を成型するロール成型機と、前記ロール成型機のロールの周面に、霧状水、水蒸気、またはこれらの混合物を
間接に供給する水供給手段と、を備え、
前記水供給手段が、前記ロールを覆うケーシングと、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物を、前記ケーシングの内部空間に供給するノズルと、からなることを特徴とする塊成炭の製造装置
。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、高品質の塊成炭を常時安定して得ることが可能な塊成炭の製造方法及び塊成炭の製造装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
「第1の実施形態」
以下、第1の実施形態に係る塊成炭の製造方法及び塊成炭の製造装置について、図面を参照して説明する。
【0015】
図1に示す塊成炭の製造装置は、微粉炭を貯留する分配槽1と、分配槽1に接続された混練機2と、混練機2に接続されたホッパ6と、ホッパ6に接続されたロール成型機7と、ロール成型機7に備えられた水供給手段8と、を具備して構成されている。
【0016】
分配槽1には、前工程において原料炭を乾燥予熱した際に発生する微粉炭が貯留されている。微粉炭は、窒素ガス等のキャリアガスによって分配槽1に搬送されたものであり、本実施形態における微粉炭は分配槽1に貯留された時点で70℃〜200℃程度に予熱された状態になっている。分配槽1には図示しないロータリーフィーダーを介して混練機2に接続されている。
【0017】
混練機2は、中空筒状の混練容器2aと、混練容器2aの長手方向の一端側に配置されて分配槽1からの微粉炭を導入する導入口2cと、混練容器2aの長手方向の他端側に配置された導出口2dと、混練容器2a内に設置されて微粉炭を混練しつつ導入口2cから導出口2dに向けて搬送する二軸型のスクリュー2bと、を備えている。混練機2では、分配槽1から供給された微粉炭にバインダーを添加するとともに混練することで混練炭を調製する。
【0018】
混練機2にはバインダー供給管3が接続されている。バインダー供給管3の先端にはバインダーノズル3aが取り付けられている。バインダーノズル3aは、混練容器2aの導入口2c寄りの上方に設置されている。このバインダーノズル3aから混練容器2a内部に、バインダーを所定の供給量で供給できるようになっている。
【0019】
混練機2の導出口2dにはホッパ6が接続されている。ホッパ6の内部には供給用スクリュー6aが備えられており、混練炭を供給用スクリュー6aによってロール成型機7に供給できるようになっている。
【0020】
次に、ロール成型機7は、ケーシング7aと、ケーシング7aの内部に配置された2本のロール7bとから構成されている。ケーシング7aには、ホッパ6に連通する導入口7cが設けられるとともに、ロール7bによって成型された塊成炭を排出する排出シュート7dが設けられている。2本のロール7bは相互に平行に配置されており、ロール7b同士の間にロールギャップGが設けられている。また、各ロール7bは、図示しない回転駆動機構に接続されて回転駆動するようになっている。ロール成型機7では、混練炭が、回転するロール7b間のロールギャップGに連続的に供給されて、ロール7bによって圧密成型されて塊成炭が製造される。
【0021】
ケーシング7aには、水供給手段8としてのノズル8aが取り付けられている。このノズル8aは、
図1に示すように、2本のロール7bの頂部の直上にそれぞれ設置されており、ノズル8aから霧状水等を噴射させ、ロール7bの周面に直接かつ連続して霧状水等を吹き付けるようになっている。また、ノズル8aは、各ロール7bの長手方向に沿ってロール1本当たり3〜5個程度がほぼ等間隔に並んで設置されている。ノズル8aの設置位置は、
図1に示す各ロール7bの頂部の直上に限らず、各ロール7bの直上乃至側方の間のいずれかの位置に配置されていてもよいが、好ましくはロールギャップGに近い位置がよい。
図1に示す例では、ロールギャップGの直上にホッパ6が位置しているために、ホッパ6と干渉しない位置であるロール7bの直上にノズル8aを配置することが最善である。ノズル8aの位置をロールギャップG近くに配置して霧状水等を噴射させることで、混練炭をロールギャップGに安定して噛み込ませることができる。
【0022】
ノズル8aからロール7bに噴射させる水は、霧状水(所謂ミスト)、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物の形態が好ましい。水をこのような形態で噴射させることで、ロール7bの周面にごく薄い水膜が形成される。また、回転するロール7bの頂部において、ロール7bの長手方向に沿って水を満遍なく噴射することが好ましい。このため、ロール7bの長手方向に沿って配置する複数のノズル8aは、ロール7bの周面における水の噴射衝突領域が相互に近接するように配置を調整するとよい。ロール7bの頂部において形成された水膜は、ロール7bの回転に伴ってロールギャップGに向けて移動させられる。
【0023】
次に、上記の製造装置を用いた塊成炭の製造方法について説明する。
本実施形態の塊成炭の製造方法は、混練機2において微粉炭とバインダーとを混練して混練炭を調製する工程と、混練炭をロール成型機7によって成型して塊成炭とする工程からなる。以下、各工程について順次説明する。
【0024】
本実施形態において好適に用いられる微粉炭は、原料炭を乾燥予熱した際に発生した微粉炭であり、例えば粒径が0.6mm以下のものであり、水分量が0〜3%程度、より好ましくは0〜1%程度であり、分配槽1に貯留された時点で70℃〜200℃、好ましくは100℃〜200℃に予熱された状態になっている。この微粉炭を、順次混練機2に供給する。混練機2では、バインダーノズル3aから微粉炭にバインダー(例えば、特開2004−149647号公報に提案の石炭系ピッチ)を添加するとともに、二軸スクリュー2bによって混練し、混練炭とする。
【0025】
混練機2において調製された混練炭は、
図1に示すように、混練容器2aの導出口2dからホッパ6を介してロール成型機7に送られる。混練炭は、分配槽1から切り出されてからロール成型機7に供給されるまでの間に温度が徐々に低下し、ロール成型機7に供給された時点では70〜160℃程度になっている。ロール成型機7においては、回転駆動するロール7b、7bの間(ロールギャップG)を混練炭が通過し、このとき混練炭が圧密成型されて塊成炭とされる。
【0026】
本実施形態では、ロール成型機7に取り付けたノズル8a(例えば、フルコーンノズル)から、霧状水、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物を、回転するロール7bの周面に直接噴射させながら混練炭を成型する。
図2に示すように、霧状水等が噴射されたロール7bの周面にはごく薄い水膜Wが形成され、ロール7bの周面は水に濡れた状態になる。水膜Wの厚みは例えば、5〜30μm程度、好ましくは10〜20μm程度がよいが、これに限定されるものではない。ロール7bの水に濡れた部分に、上方から混練炭が供給されると、混練炭がロールギャップGに安定して噛み込まれる。ここで、霧状水とは100℃以下の所謂ミストである。また、水蒸気とは100℃以上の気化した水であり、製鐵所においては200℃程度の中圧蒸気と呼ばれるものを例示できる。また、霧状水と水蒸気との混合物とは、製鐵所においては150℃程度の低圧蒸気と呼ばれるものを例示できる。
【0027】
薄い水膜が回転するロール7bの周面に形成され、ここに混練炭が供給されると、水の表面張力によって混練炭がロールに引きつけられる接触圧力が働き、これにより摩擦抵抗が生じることで、混練炭がロールギャップGに安定して噛み込まれるものと推測される。また、水は、混練炭同士を吸着させる効果も奏すると考えられる。これにより、混練炭の成形性が向上するものと考えられる。
【0028】
ロール成型機7に供給された時点での混練炭の温度が100℃以下の場合は、ロール7bの周面の温度が100℃以下、すなわち水の沸点以下になるので、霧状水、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物をロール7bに直接噴射させることが、ロール7bの周面に安定して水膜を形成できるため好ましい。より好ましくは霧状水、または霧状水と水蒸気との混合物を噴射させるとよく、更に好ましくは霧状水を噴射させるとよい。霧状水をロール7bの周面に直接噴射させると、霧状水がロール7bの周面に付着して水膜が形成される。また、霧状水と水蒸気との混合物をロール7bの周面に直接噴射させると、混合物中に含まれる霧状水がロール7bの周面に付着して水膜が形成される。また、霧状水と水蒸気との混合物を噴射させた場合の水蒸気は、ロール7bの周面に直接付着して水膜になるか、あるいは、ケーシング7aの内部空間において結露し、ロール7bの周面に付着する。これは、水蒸気単独を噴射させた場合も同様である。
【0029】
一方、ロール成型機7に供給された時点での混練炭の温度が100℃超の場合は、ロール7bの周面の温度が100℃超、すなわち水の沸点より高くなるので、霧状水、または霧状水と水蒸気との混合物を噴射させることが、ロール7bの周面に安定して水膜を形成できるため好ましい。より好ましくは、霧状水を噴射させるとよい。霧状水をロール7bの周面に直接噴射させると、霧状水がロール7bの周面に付着して水膜が形成される。霧状水と水蒸気との混合物を噴射させた場合は、当該混合物中に含まれる霧状水がロール7bの周面に付着して水膜が形成される。一方、100℃超のロール7bの周面に水蒸気を噴射させても水膜は形成されにくいので、ロール7bの周面の温度が100℃超の場合には水蒸気のみを吹きつけても効果はあまり期待できない。
【0030】
霧状水等の噴射量は、混練炭の質量あたりで、0.15〜30kg/トンが好ましく、0.75〜10kg/トンがより好ましい。時間当たりでは、5kg/h〜1000kg/hの範囲が好ましく、25kg/h〜250kg/hの範囲がより好ましい。水の噴射量が上記の範囲であれば、ロール7bの周面に十分な水膜を形成することができ、混練炭をロールギャップGに安定して噛み込ませることができる。水の噴射量が下限値未満だとロール7bの周面に十分な水膜を形成することができなくなることがあり、また、水の噴射量が上限値を超えると、混練炭に水分が多く含まれるようになり、乾留時間が長くなってコークスの生産性が低下するので好ましくない。
【0031】
本実施形態によれば、霧状水、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物を、回転するロール7bの周面に直接噴射させながら混練炭を成型することで、ロールギャップGに混練炭を安定して噛み込ませることができ、塊成炭の生産効率を高めることができる。
【0032】
また、混練工程において水を添加する場合に比べて、ロール成型工程においてロール7bの周面に水を付着させることで、水の使用量を大幅に減少させることができる。すなわち、混練工程において水を供給すると、混練炭の表面積が比較的高いために水の添加量が増大するのに対して、ロール7bの周面の表面積は比較的小さく、水膜を形成するために必要な水量は少なくて済む。このため、塊成炭の含水率を増大させることがなく、乾留時間を延ばさずコークスの生産効率を高めることができる。
【0033】
「第2の実施形態」
次に、第2の実施形態に係る塊成炭の製造方法及び塊成炭の製造装置について、図面を参照して説明する。なお、
図3に示す塊成炭の製造装置の構成要素のうち、
図1に示した塊成炭の製造装置の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0034】
図3に示す塊成炭の製造装置は、微粉炭を貯留する分配槽1と、分配槽1に接続された混練機2と、混練機2に接続されたホッパ6と、ホッパ6に接続されたロール成型機7と、ロール成型機7に備えられた水供給手段18と、を具備して構成されている。
【0035】
ロール成型機7は、ケーシング7aと、ケーシング7aの内部に配置された2本のロール7bとから構成されている。ケーシング7aには、水供給手段が設けられており、この水供給手段はノズル18aが好ましいが、単に、蒸気供給配管の先端を開口したものでも良い。このノズル18aは、
図3に示すように、2本のロールの側方に設置されており、ノズル18aから水蒸気等を噴射させてケーシング7a内に水蒸気等を供給するようになっている。ケーシング7aに供給された水蒸気等は、ロール7bの周面に触れたときに結露して液状の水となり、ロール7bの表面に薄い水膜を形成させる。このようにしてノズル18aからロール7bの表面に水が間接的に供給される。また、ノズル18aは、各ロール7bの長手方向に沿って1つのロール当たり3〜5個程度がほぼ等間隔に並んで設置されている。ノズル18aの設置位置は、各ロール7bの側方のみならず、各ロールb7の直上乃至側方の間のいずれかの位置に配置されていればよいが、排出シュート7dの近傍には設置しないほうがよい。ノズル18aを排出シュート7dの近傍に配置すると、ノズル18aから噴射させた水蒸気等が排出シュート7dを介してケーシング7aの外に漏れ出てしまうので好ましくない。
【0036】
ノズル18aからロール7bに噴射させる水は、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物の形態が好ましい。水をこのような形態で噴射させることで、水蒸気がロール表面で結露してロール7bの周面にごく薄い水膜が形成される。ロール7bの表面に形成された水膜は、ロール7bの矢印方向の回転に伴ってロールギャップGに向けて移動させられる。
【0037】
次に、本実施形態の塊成炭の製造装置を用いた塊成炭の製造方法について説明する。
本実施形態の塊成炭の製造方法において混練機2により調製された混練炭は、第1の実施形態と同様にして、回転駆動するロール7bの間(ロールギャップG)を通過し、圧密成型されて塊成炭となる。このとき、ロール成型機7に取り付けたノズル18aから、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物をケーシング7aの内部空間に噴射させながら混練炭を成型する。
【0038】
ケーシング7aの内部空間に噴射された水蒸気は、一部がケーシング7aの内部空間において結露して結露水となり、他の一部がロール7bの周面において結露して結露水となり、これら結露水がロール7bの周面において水膜を形成する。また、霧状水と水蒸気の混合物に含まれる水蒸気も同様にして水膜を形成する。本実施形態では、ロール7bに水蒸気等を直接噴射させるのではなく、ケーシング7aの内部空間に水蒸気等を噴射させることで、ロールの周面に間接的に水を供給する。
【0039】
水蒸気等の噴射量は、第1の実施形態と同様に、混練炭の質量あたりで、0.15〜30kg/トンが好ましく、0.75〜10kg/トンがより好ましい。時間当たりでは、5kg/h〜1000kg/hの範囲が好ましく、25kg/h〜250kg/hの範囲がより好ましい。
【0040】
本実施形態によれば、水蒸気、または霧状水と水蒸気との混合物を、ケーシングの内部空間に噴射してロール7bの周面に間接的に水膜を形成することで、ロールギャップGに混練炭を安定して噛み込ませることができ、塊成炭の生産効率を高めることができる。
【実施例】
【0041】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
含水率0%の微粉炭と石炭系ピッチと混練してバインダー含有率8質量%の混練炭とし、ロール成型機のロールの回転速度を11rpmとし、ロール塊成機に対する混練炭の供給量を34トン/hとし、霧状水及び水蒸気の混合物として150℃の低圧蒸気をロール成型機に取り付けたノズルからロール頂部に向けて160kg/hの供給量で噴射させつつ、混練炭を成型して塊成炭を製造した。ロール塊成機に供給された混練炭の温度は150℃であった。これを実施例1とした。
【0042】
また、150℃の低圧蒸気をロール頂部に向けて噴射させなかったこと以外は実施例1と同様にして、塊成炭を製造した。これを比較例1とした。
【0043】
実施例1及び比較例1について、ロールの噛み込み性と、塊成炭の品質を評価した。結果を表1に示す。
【0044】
ロールの噛み込み性は、混練炭の成型工程の全所要時間に対するロール線圧が4トン以上になる時間の割合をロール線圧4トン以上確保時間(%)で評価した。
ロール線圧4トン以上確保時間(%)が高いほど混練炭がロールに噛み込まれている時間が長く噛み込みが安定していることを示している。
【0045】
また、塊成炭の品質は、塊成炭のかさ密度、塊成炭のI型強度、粒径0.3mm以上の塊成炭の歩留まりで評価した。
塊成炭のI型強度(径140mm、長さ700mmの円筒を長さ方向に回転可能に設けた構成)に投入し60rpmの速度で3分間回転させた後の粒径1mm以上の塊成炭の割合である。粒径0.3mm以上の塊成炭の歩留まりは、塊成炭全量における粒径0.3mm以上の塊成炭の割合である。また、かさ密度は、公知方法、即ち、塊成炭の重量と体積から求めたものである。
【0046】
【表1】
【0047】
表1から明らかなように、実施例1は比較例1に比べて、ロールの噛み込み安定性及び塊成炭の品質が優れていることがわかる。
【0048】
表2には、実施例2〜11の試験結果を示す。表2には実施例1と比較例の結果を併せて示している。実施例8、9はミスト状の水(霧状水)を供給した。実施例2〜11はいずれも、比較例1に比べて、ロールの噛み込み安定性及び塊成炭の品質が優れていることがわかる。
なお、上記実施例のうち、実施例1〜9は本発明の参考例である。
【0049】
【表2】