特開 2024-103848 圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024103848

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉

(51)【国際特許分類】

   C10B 45/00 20060101AFI20240726BHJP

   C10B 45/02 20060101ALI20240726BHJP

   G01N 33/22 20060101ALI20240726BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

C10B45/00 Z

C10B45/02

G01N33/22 A

G01N3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007777

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】白石 瑛人

(72)【発明者】

【氏名】粟津 進吾

【テーマコード（参考）】

2G061

4H012

【Ｆターム（参考）】

2G061AA02

2G061AB05

2G061BA01

2G061CA20

2G061CB03

2G061DA01

2G061DA12

2G061DA20

2G061EA01

2G061EA10

2G061EC02

4H012GB02

(57)【要約】

【課題】 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度を、突き固め試験装置の大きさや圧密成形体の容積等の違いによる影響を受けることなく、高い精度で推定可能な、圧密成形体の強度の推定方法を提供する。併せて、この圧密成形体の強度の推定方法を用いた圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉を提供する。
【解決手段】 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度の推定方法であって、前記強度の測定値が得られている圧密成形体について、該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との関係を取得し、前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、他の圧密成形体の強度を推定する、圧密成形体の強度の推定方法。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度の推定方法であって、
前記強度の測定値が得られている圧密成形体について、該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との関係を取得し、
前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、他の圧密成形体の強度を推定する、圧密成形体の強度の推定方法。

【請求項2】

前記測定値が得られている圧密成形体の突き固め条件が、前記他の圧密成形体の突き固め条件と異なる、請求項１に記載の圧密成形体の強度の推定方法。

【請求項3】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度の推定方法であって、
前記強度の測定値が得られている圧密成形体について、該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との関係を取得し、
前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、他の圧密成形体の強度を推定する、圧密成形体の強度の推定方法。

【請求項4】

前記測定値が得られている圧密成形体の突き固め条件が、前記他の圧密成形体の突き固め条件と異なる、請求項３に記載の圧密成形体の強度の推定方法。

【請求項5】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造方法であって、
請求項１または２に記載の圧密成形体の強度の推定方法により推定される前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量を制御する、圧密成形体の製造方法。

【請求項6】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造方法であって、
請求項３または４に記載の圧密成形体の強度の推定方法により推定される前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量および運動エネルギーを制御する、圧密成形体の製造方法。

【請求項7】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造装置であって、
既に製造された圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記圧密成形体の強度の測定値との予め取得された関係と、これから製造する他の圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値とを用いて、前記他の圧密成形体の強度を推定し、推定された前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量を制御可能に構成されている、圧密成形体の製造装置。

【請求項8】

粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造装置であって、
既に製造された圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との予め取得された関係と、これから製造する他の圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、前記他の圧密成形体の強度を推定し、推定された前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量および運動エネルギーを制御可能に構成されている、圧密成形体の製造装置。

【請求項9】

前記粉粒体は石炭であり、前記圧密成形体は石炭ケーキである、請求項７または８に記載の圧密成形体の製造装置。

【請求項10】

前記石炭ケーキの形状は、長辺と短辺とのアスペクト比が２．０～３．０の平板状である、請求項９に記載の圧密成形体の製造装置。

【請求項11】

請求項９に記載の圧密成形体の製造装置からなるスタンピング装置を備え、該スタンピング装置により製造された前記石炭ケーキを炭化室に装入可能に構成されているコークス炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造される圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉に関するものである。

【背景技術】

【0002】

コークス炉には、石炭を炉上方から炭化室に装入するトップチャージ式と、石炭を予めスタンピング装置で圧密成形した上で炉側方から炭化室に装入するスタンプチャージ式とがある。スタンプチャージ式のコークス炉に装入される石炭は、スタンピング装置に装入されて落としハンマーにより突き固めることで、コークス炉の炭化室の形状に合わせた平板状の石炭ケーキに圧密成形される。このように、スタンプチャージ式のコークス炉では、石炭を圧密成形してから炭化室に装入するため、粘結度の低いいわゆる低品位炭を用いても、高炉原料として要求される硬度を有するコークスを生産でき、原料コストを下げられる等の利点がある。

【0003】

スタンピング装置により平板状に圧密成形された石炭ケーキを炭化室に装入する際には、石炭ケーキは厚さ方向には支持されることなく自立する状態で、側方から炭化室に押し込まれる。このとき、圧密成形された石炭ケーキの強度が不足していると、炭化室への装入時に石炭ケーキに加わる外力や振動により、石炭ケーキが崩壊する恐れがある。

【0004】

このため、圧密成形された石炭ケーキを崩壊させることなく炭化室に装入するには、スタンピング装置における石炭の突き固め条件を適切に設定し、圧密成形された石炭ケーキが必要な強度を有するようにする必要がある。

【0005】

非特許文献１および非特許文献２には、石炭を落としハンマーにより突き固めて製造される石炭ケーキの一軸圧縮強度を支配する主な要因は、石炭の含水率および粒度、ならびに落としハンマーから単位容積の石炭ケーキに入力される運動エネルギーであることが記載されている。換言すると、落としハンマーから石炭ケーキに入力される運動エネルギーを適切な大きさとなるように突き固め条件を設定することにより、圧密成形された石炭ケーキに必要な強度を確保できることが記載されている。

【0006】

そこで、スタンピング装置により種々の突き固め条件で石炭を圧密成形して製造された石炭ケーキの強度を測定し、石炭ケーキの強度の測定値と突き固め条件との関係から、石炭ケーキに必要な強度を備えるための突き固め条件を特定することが考えられる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】P. S. Dash et al., “Laboratory Scale Investigation to Improve the Productivity of Stamp Charge Coke Oven through Optimization of Bulk Density of Coal Cake”, ISIJ International, Vol.45 (2005), No.11, pp. 1577-1586

【非特許文献2】Jorge Madias et al., “A Review on Stamped Charging of Coals”, 43rd Ironmaking and Raw Materials Seminar, 12th Brazilian Symposium on Iron Ore and 1st Brazilian Symposium on Agglomeration of Iron Ore, September 1st to 4th, 2013, pp. 29-43

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、実大のスタンピング装置で、突き固め条件を種々に変更して石炭ケーキを製作し、その強度を測定するのは、多大な手間と費用を要するため、現実的でない。そこで、発明者らは、実大のスタンピング装置も小型の突き固め試験装置を用いて、種々の突き固め条件で石炭を圧密成形して石炭ケーキを作製し、その強度の測定値と突き固め条件との関係を取得し、その関係を用いて実大のスタンピング装置の突き固め条件を設定できないか、鋭意検討を行った。

【0009】

発明者らの検討によると、単位容積の石炭ケーキに入力される運動エネルギーが同等となるように突き固め条件を設定しても、突き固め試験装置の大きさや圧密成形体の容積等が異なると、石炭ケーキの強度の測定値が大きく異なる場合がある。すなわち、石炭を落としハンマーにより突き固めて製造される石炭ケーキの一軸圧縮強度は、非特許文献１および非特許文献２に記載される要因に加えて、突き固め試験装置の大きさや圧密成形体の容積等の影響も受けて変化しうる。

【0010】

このため、実大のスタンピング装置における突き固め条件を、小規模の圧密成形装置で単位容積の石炭ケーキに入力する運動エネルギーと同等となるように設定しても、実大のスタンピング装置で製造される石炭ケーキには、小規模の圧密成形装置で作製される石炭ケーキと同等の強度は必ずしも再現されない。

【0011】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度を、突き固め試験装置の大きさや圧密成形体の容積等の違いによる影響を受けることなく、高い精度で推定可能な、圧密成形体の強度の推定方法を提供することを目的とする。併せて、この圧密成形体の強度の推定方法を用いた圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

【0013】

［１］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度の推定方法であって、前記強度の測定値が得られている圧密成形体について、該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との関係を取得し、前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、他の圧密成形体の強度を推定する、圧密成形体の強度の推定方法。

【0014】

ここで、圧密成形体の強度とは、例えば一軸圧縮強度をいうが、これに限られず、一面せん断試験や単純せん断試験により測定されるせん断強度であってもよい。

【0015】

また、圧密成形体を突き固める落としハンマーの運動量とは、落としハンマーが圧密成形体に衝突するときの落としハンマーの運動量をいう。

【0016】

［２］ 前記測定値が得られている圧密成形体の突き固め条件が、前記他の圧密成形体の突き固め条件と異なる、［１］に記載の圧密成形体の強度の推定方法。

【0017】

ここで、突き固め条件とは、例えば、圧密成形体の容積、圧密成形体の形状、突き固め層数、各突き固め層毎の突き固め回数、落としハンマーの落下高さ、落としハンマーの質量、落としハンマーの形状のいずれか、またはこれらの組合せをいう。

【0018】

［３］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度の推定方法であって、前記強度の測定値が得られている圧密成形体について、該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との関係を取得し、前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、他の圧密成形体の強度を推定する、圧密成形体の強度の推定方法。

【0019】

ここで、圧密成形体の強度とは、例えば一軸圧縮強度をいうが、これに限られず、一面せん断試験や単純せん断試験により測定されるせん断強度であってもよい。

【0020】

また、圧密成形体を突き固める落としハンマーの運動量、運動エネルギーとは、それぞれ、落としハンマーが圧密成形体に衝突するときの落としハンマーの運動量、運動エネルギーをいう。

【0021】

［４］ 前記測定値が得られている圧密成形体の突き固め条件が、前記他の圧密成形体の突き固め条件と異なる、［３］に記載の圧密成形体の強度の推定方法。

【0022】

［５］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造方法であって、［１］または［２］に記載の圧密成形体の強度の推定方法により推定される前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量を制御する、圧密成形体の製造方法。

【0023】

［６］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造方法であって、［３］または［４］に記載の圧密成形体の強度の推定方法により推定される前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量および運動エネルギーを制御する、圧密成形体の製造方法。

【0024】

［７］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造装置であって、既に製造された圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値と前記圧密成形体の強度の測定値との予め取得された関係と、これから製造する他の圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量を前記圧密成形体の容積で除した値とを用いて、前記他の圧密成形体の強度を推定し、推定された前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量を制御可能に構成されている、圧密成形体の製造装置。

【0025】

［８］ 粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する圧密成形体の製造装置であって、既に製造された圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記測定値との予め取得された関係と、これから製造する他の圧密成形体について該圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量の絶対値の総量および運動エネルギーの総量をそれぞれ前記圧密成形体の容積で除した値と前記関係とを用いて、前記他の圧密成形体の強度を推定し、推定された前記他の圧密成形体の強度が所望の値以上となるように、前記他の圧密成形体を突き固める前記落としハンマーの運動量および運動エネルギーを制御可能に構成されている、圧密成形体の製造装置。

【0026】

［９］ 前記粉粒体は石炭であり、前記圧密成形体は石炭ケーキである、請求項７または８に記載の圧密成形体の製造装置。

【0027】

［１０］ 前記石炭ケーキの形状は、長辺と短辺とのアスペクト比が２．０～３．０の平板状である、［９］に記載の圧密成形体の製造装置。

【0028】

［１１］ ［９］に記載の圧密成形体の製造装置からなるスタンピング装置を備え、該スタンピング装置により製造された前記石炭ケーキを炭化室に装入可能に構成されているコークス炉。

【発明の効果】

【0029】

本発明に係る圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉によれば、粉粒体を落としハンマーにより突き固めて製造された圧密成形体の強度を、突き固め試験装置の大きさや圧密成形体の容積等の違いによる影響を受けることなく、高い精度で推定できる。これにより、圧密成形体を使用する操業において、圧密成形体が崩壊して操業に支障を生じることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】図１は、スタンプチャージ式のコークス炉の構造を示す模式図である。

【図2】図２は、突き固め試験装置の構成を示す模式図である。

【図3】図３は、石炭を落としハンマーにより突き固めて石炭ケーキを製造するときに、石炭ケーキを突き固める落としハンマーの運動量の絶対値および運動エネルギーを変えずに、突き固め回数を変化させたときの、石炭ケーキの強度の変化を示すグラフである。

【図4】図４は、石炭を落としハンマーにより突き固めて石炭ケーキを製造するときに、突き固め条件を様々にさせたときの、運動量の絶対値と石炭ケーキの強度との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、石炭を落としハンマーにより突き固めて石炭ケーキを製造するときに、石炭ケーキを突き固める落としハンマーの運動エネルギーを同等にしつつ、運動量の絶対値を変化させたときの、石炭ケーキの強度の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、図面を参照して、本発明の圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、圧密成形体の製造装置、およびコークス炉の実施形態について、詳細に説明する。

【0032】

本実施形態では、粉粒体が石炭Ｐであり、圧密成形体が石炭ケーキＣであり、石炭ケーキＣをスタンプチャージ式のコークス炉１の炭化室に装入して用いる場合について説明する。

【0033】

図１に、本実施形態のコークス炉１の全体構成を模式的に示す。コークス炉１は、石炭Ｐを落としハンマー１１により突き固めて石炭ケーキＣを製造するスタンピング装置１０を備えており、スタンピング装置１０により製造された石炭ケーキＣを炭化室１Ａに装入可能に構成されている。石炭Ｐは、コンベア２１により外部から搬送され、装入シュート２２を介して、スタンピング装置１０の圧密空間内に装填される。装填された石炭Ｐは、スタンピング装置１０の落としハンマー１１により突き固められて、コークス炉１の炭化室１Ａの内壁（図示せず）との隙間が例えば１０～２０ｍｍとなる厚さを有する平板状の石炭ケーキＣに成形される。具体的には、コークス炉１の炭化室１Ａに装入される石炭ケーキＣの寸法は、例えば厚さ３４０～５２０ｍｍ、高さ４８００～７２００ｍｍ、幅１１５００～１７２００ｍｍであり、石炭ケーキＣの質量は、例えば２０．８～７０．１ｔｏｎである。石炭ケーキＣの高さと厚さとのアスペクト比は、石炭ケーキＣが厚さ方向に支持されることなく自立するように、例えば１３～１４とされる。また、平板状の石炭ケーキＣの長辺と短辺、すなわち幅と高さとのアスペクト比は、石炭ケーキＣを側方から炭化室１Ａに押し込まれるときに石炭ケーキＣが崩壊する恐れがないように、例えば２．０～３．０とされる。

【0034】

スタンピング装置１０により製造された石炭ケーキＣは、図１に示すように、側方から石炭ケーキ装入装置２３に押されて、コークス炉１の炭化室１Ａに装入される。このとき、上述したように、石炭ケーキＣは厚さ方向には支持されることなく自立する状態で、側方から炭化室１Ａに押し込まれる。よって、炭化室１Ａへの装入時に石炭ケーキＣに加わる外力や振動により石炭ケーキＣが崩壊しないように、スタンピング装置１０により製造された石炭ケーキＣの強度を確保する必要がある。

【0035】

そこで、本実施形態の圧密成形体の強度の推定方法では、スタンピング装置１０に装填された石炭Ｐを落としハンマー１１により突き固めて製造される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を、後述するようにして推定する。なお、ここで推定する一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）とは、日本産業規格ＪＩＳ Ａ１２１６（土の一軸圧縮試験方法）に規定される方法により測定される値をいう。そして、本実施形態の圧密成形体の製造方法および圧密成形体の製造装置、すなわちスタンピング装置１０では、推定される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）が所望の値以上となるように、落としハンマー１１の動作を制御する。ここでは、「所望の値」とは、石炭ケーキＣを崩壊させることなく炭化室１Ａに装入するのに必要な強度である。

【0036】

ここで、石炭ケーキＣを崩壊させることなく炭化室１Ａに装入するのに必要な強度は、石炭ケーキＣの形状、寸法、質量、石炭ケーキ装入装置２３の動作条件、使用する石炭Ｐの種類や粒度等に応じて設定される。具体的には、石炭ケーキＣを崩壊させることなく炭化室１Ａに装入するのに必要な強度として、石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕを、例えば８０ｋＮ／ｍ^２以上確保することが好ましい。そして、後述するようにして推定される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）が、上述の所望の値以上となるように、石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量、または運動量および運動エネルギーを制御する。

【0037】

コークス炉１の炭化室１Ａに装入された石炭ケーキＣは、炭化室１Ａの両側にある燃焼室（図示せず）からの伝熱により加熱されて乾留され、コークスとなる。生成したコークスは、押出装置（図示せず）によりコークガイド車２４を介して消火車２５に積載され搬出される。

【0038】

ここで、本実施形態の圧密成形体の強度の推定方法では、図２に示すような、実大のスタンピング装置１０よりも小型の突き固め試験装置３０を用いて、落錘３１により石炭Ｐを突き固めて、石炭ケーキＣ_０を作製する。そして、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）を、日本産業規格ＪＩＳ Ａ１２１６（土の一軸圧縮試験方法）に規定される方法により測定する。さらに、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値と、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）との関係を取得する。「石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量」とは、落錘３１が石炭ケーキＣ_０に衝突するときの落錘３１の運動量をいう。

【0039】

そして、突き固め試験装置３０を用いて取得した上述の関係と、実大のスタンピング装置１０で石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量の絶対値の総量ΣＫ（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣの容積Ｖ（ｍ^３）で除した値ΣＫ／Ｖ（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）とを用いて、実大のスタンピング装置１０で製造される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を後述のようにして推定する。「石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量」とは、落としハンマー１１が石炭ケーキＣ_０に衝突するときの落としハンマー１１の運動量をいう。

【0040】

落としハンマー１１が自由落下して石炭Ｐに衝突するときの運動量の絶対値Ｋ（ｋＮ・ｓ）、および落錘３１が自由落下して石炭Ｐに衝突するときの運動量の絶対値Ｋ_０（ｋＮ・ｓ）は、それぞれ下記（１）、（２）式のとおり表される。

【0041】

Ｋ＝ｍ√（２ｇｈ） …… （１）
Ｋ_０＝ｍ_０√（２ｇｈ_０） …… （２）
ここで、ｍ：落としハンマー１１の質量（ｋｇ）、ｍ_０：落錘３１の質量（ｋｇ）、ｈ：落としハンマー１１の落下高さ（ｍ）、ｈ_０：落錘３１の落下高さ（ｍ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）である。

【0042】

また、上記に加え、突き固め試験装置３０を用いて、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値と、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動エネルギーの総量ΣＥ_０（ｋＪ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＥ_０／Ｖ_０（ｋＪ／ｍ^３）との関係を取得しておくことが好ましい。

【0043】

落としハンマー１１が自由落下して石炭Ｐに衝突するときの運動エネルギーＥ（ｋＪ／ｍ^３）、および落錘３１が自由落下して石炭Ｐに衝突するときの運動エネルギーＥ_０（ｋＪ／ｍ^３）は、それぞれ下記（３）、（４）式のとおり表される。

【0044】

Ｅ＝ｍｇｈ …… （３）
Ｅ_０＝ｍ_０ｇｈ_０ …… （４）
ここで、ｍ：落としハンマー１１の質量（ｋｇ）、ｍ_０：落錘３１の質量（ｋｇ）、ｈ：落としハンマー１１の落下高さ（ｍ）、ｈ_０：落錘３１の落下高さ（ｍ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）である。

【0045】

上述の方法により、スタンピング装置１０において石炭Ｐを落としハンマー１１により突き固めて製造された石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を、スタンピング装置１０と突き固め試験装置３０の大きさの違いの影響を受けることなく高い精度で推定できる。このことについて、以下に説明する。

【0046】

図３に、突き固め試験装置３０において石炭Ｐを落錘３１により突き固めて石炭ケーキＣ_０を作製するときに、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）および運動エネルギーの総量ΣＥ_０（ｋＪ）をそれぞれ石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）を変えずに突き固め回数を変化させた試験例１および試験例２について、石炭ケーキＣ_０の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値を示す。

【0047】

また、図４に、石炭Ｐを落錘３１により突き固めて石炭ケーキＣ_０を作製するときに、石炭Ｐの突き固め条件を様々に変えたときの、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）と石炭ケーキＣ_０の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値との関係を示す。

【0048】

さらに、図５に、突き固め試験装置３０において石炭Ｐを落錘３１により突き固めて石炭ケーキＣ_０を作製するときに、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動エネルギーの総量ΣＥ_０（ｋＪ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値Ｅ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）を同等にしつつ、運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値Ｋ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）を変化させた試験例３および試験例４について、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値を示す。

【0049】

図３に示す試験例１および試験例２では、石炭Ｐの含水率を１２％、３ｍｍ以下の石炭の割合を７５％、国際規格ＩＳＯ ５０７４（ハードグローブ粉砕性指数の決定）に規定されるハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）を５０とした。そして、質量ｍ_０が９．０ｋｇ、底面径が５０ｍｍの落錘３１を用い、落錘３１の落下高さｈ_０を３００ｍｍとして、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形の石炭ケーキＣ_０を作製した。試験例１では、突き固め層数を５層として、各突き固め層毎に２０回の突き固めを行った。試験例２では、突き固め層数を１０層として、各突き固め層毎に１０回の突き固めを行った。

【0050】

図４に示す各試験例では、石炭Ｐとして、石炭試料Ａ～石炭試料Ｃおよび配合炭Ｄの四種類を用意した。石炭試料Ａについては、含水率を１１％、３ｍｍ以下の石炭の割合を７０％、ＨＧＩを５０とした。石炭試料Ｂについては、石炭の含水率を１２％、３ｍｍ以下の石炭の割合を８０％、ＨＧＩを５０とした。石炭試料Ｃについては、石炭の含水率を１２％、３ｍｍ以下の石炭の割合を９０％、ＨＧＩを７０とした。配合炭Ｄについては、石炭の含水率を１１％、３ｍｍ以下の石炭の割合を９０％、ＨＧＩの平均値を６４とした。そして、質量ｍ_０が９．０ｋｇ、底面径が５０ｍｍの落錘３１を用い、落錘３１の落下高さｈ_０を３００ｍｍとして、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形の石炭ケーキをＣ_０を作製した。石炭試料Ａおよび石炭試料Ｂについては、突き固め層数を３層、５層、７層、１０層の四種類とし、各突き固め層毎の突き固め回数を１０回、２０回または３０回の三種類として、これらを組み合わせた十二種類の突き固め条件で石炭ケーキをＣ_０を作製した。石炭試料Ｃおよび配合炭Ｄについては、突き固め層数を５層として各突き固め層毎に１０回の突き固め、突き固め層数を１０層として各突き固め層毎に１０回の突き固め、突き固め層数を７層として各突き固め層毎に２０回の突き固めを行う三種類の突き固め条件で石炭ケーキをＣ_０を作製した。

【0051】

図５に示す試験例３および試験例４では、石炭Ｐの含水率を１２％、３ｍｍ以下の石炭の割合を７５％、ＨＧＩを５０とした。試験例３については、質量ｍ_０が１００．０ｋｇ、底面径が１９０ｍｍの落錘３１を用い、突き固め層数を２０層として、各突き固め層毎に落下高さｈ_０を４８０ｍｍとして突き固めを１回行い、直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍの円筒形の石炭ケーキＣ_０を作製した。試験例４については、質量ｍ_０が１３２．３ｋｇ、底面径が１８０ｍｍの落錘３１を用い、突き固め層数を３０層として、各突き固め層毎に落下高さｈ_０を２４０ｍｍとして突き固めを１回行い、直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍの円筒形の石炭ケーキを作製した。

【0052】

そして、日本産業規格ＪＩＳ Ａ１２１６（土の一軸圧縮試験方法）に規定される方法により、各試験例の石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）をそれぞれ測定した。

【0053】

図３に示す試験例１および試験例２からわかるように、石炭ケーキＣ_０の突き固め条件が異なっていても、落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）が同じであれば、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値はほとんど変わらない。

【0054】

これに対し、図５に示す試験例３および試験例４からわかるように、落錘３１の運動エネルギーの総量ΣＥ_０（ｋＪ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＥ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）が同等であっても、落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）が大きく異なると、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値も大きく異なっている。

【0055】

さらに、図４に示す各試験例からわかるように、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）と、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）との間には、明確な相関がみられる。

【0056】

図４には、石炭試料Ａ～石炭試料Ｃおよび配合炭Ｄの各々について、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）と、落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）との関係を一次関数により近似した直線および近似式を併せて示している。各試験例の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値は、近似式からの乖離が非常に小さい。

【0057】

そこで、突き固め試験装置３０を用いて、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値と、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）との関係として、例えば上述の近似式を取得する。そして、実大のスタンピング装置１０で製造される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を、上述の近似式と、実大のスタンピング装置１０で石炭Ｐを突き固める落としハンマー１１の運動量の絶対値の総量ΣＫ（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣの容積Ｖ（ｍ^３）で除した値ΣＫ／Ｖ（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）とを用いて推定する。

【0058】

また、図４に示す近似直線の傾きは、石炭試料Ａ～石炭試料Ｃおよび配合炭ＤのＨＧＩの値に依存して変化していることがわかる。具体的には、ＨＧＩの値が大きい程、近似直線の傾きが大きくなっている。そこで、実大のスタンピング装置１０で製造される石炭ケーキＣの圧密方向の石炭ケーキＣの一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を推定するに際しては、石炭ケーキＣの製造に用いる石炭と同一種類またはＨＧＩの値が近い石炭を用いて突き固め試験装置３０で石炭ケーキＣ_０を作製し、その圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）の測定値に基づいて上述の近似式（関係）を取得して用いることが好ましい。あるいは、上述の近似式に、さらに石炭ＰのＨＧＩの値を含め、この近似式から導かれる値にＨＧＩの値の相違による影響が反映されるようにすることが好ましい。

【0059】

このように、落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＫ_０（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＫ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）を同等にすれば、その他の突き固め条件が異なる場合でも、作製される石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）は同等の大きさになることが分かる。

【0060】

よって、突き固め試験装置３０を用いて取得した上述の近似式と、実大のスタンピング装置１０で石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量の絶対値の総量ΣＫ（ｋＮ・ｓ）を石炭ケーキＣの容積Ｖ（ｍ^３）で除した値ΣＫ／Ｖ（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）とを用いて、実大のスタンピング装置１０で製造される石炭ケーキＣの圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を、スタンピング装置１０と突き固め試験装置３０の大きさの違いの影響を受けることなく、高い精度で推定できる。

【0061】

また、Ｋ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）とｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）との間の相関よりは程度は低いものの、石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動エネルギーの総量ΣＥ_０（ｋＪ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＥ_０／Ｖ_０（ｋＪ／ｍ^３）と、石炭ケーキＣ_０の圧密方向の一軸圧縮強度ｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）との間にも相関が存在する。そこで、上記に加え、突き固め試験装置３０を用いて石炭ケーキＣ_０を突き固める落錘３１の運動量の絶対値の総量ΣＥ_０（ｋＪ）を石炭ケーキＣ_０の容積Ｖ_０（ｍ^３）で除した値ΣＥ_０／Ｖ_０（ｋＪ／ｍ^３）との関係も取得しておいた場合には、Ｋ_０／Ｖ_０（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）とｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）との関係に加えて、ΣＥ_０／Ｖ_０（ｋＪ／ｍ^３）とｑｕ_０（ｋＮ／ｍ^２）との関係を用い、実大のスタンピング装置１０で石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量の絶対値Ｋ（ｋＮ・ｓ）の総量および運動エネルギーの総量ΣＥ（ｋＪ）をそれぞれ石炭ケーキＣの容積Ｖ（ｍ^３）で除した値Ｋ／Ｖ（ｋＮ・ｓ／ｍ^３）およびＥ／Ｖ（ｋＪ／ｍ^３）の両方を用いることで、実大のスタンピング装置１０で製造される石炭ケーキＣの一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）を、さらに高い精度で推定できる。

【0062】

そして、本実施形態の圧密成形体の製造装置、すなわちスタンピング装置１０は、上述の圧密成形体の強度の推定方法により推定される石炭ケーキＣの強度が所望の値以上となるように、石炭ケーキＣを突き固める落としハンマー１１の運動量または運動量および運動エネルギーを制御可能に構成されたものである。

【0063】

上記実施形態では、粉粒体Ｐが石炭であり、圧密成形体Ｃが石炭ケーキである場合について説明した。しかし、本発明の圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、および圧密成形体の製造装置は、石炭以外の種々の粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する場合にも適用可能である。

【0064】

また、上記実施形態では、圧密成形体Ｃの強度として一軸圧縮強度を推定する場合について説明した。しかし、本発明の圧密成形体の強度の推定方法、圧密成形体の製造方法、および圧密成形体の製造装置は、石炭以外の種々の粉粒体を落としハンマーにより突き固めて圧密成形体を製造する場合にも適用可能である。

【符号の説明】

【0065】

１ コークス炉
１Ａ 炭化室
１０ スタンピング装置（圧密成形体の製造装置）
１１ 落としハンマー
２１ コンベア
２２ 装入シュート
２３ 石炭ケーキ装入装置
２４ コークガイド車
２５ 消火車
３０ 突き固め試験装置（圧密成形体の製造装置）
３１ 落錘（落としハンマー）
Ｐ 石炭（粉粒体）
Ｃ_０ 石炭ケーキ（圧密成形体）
Ｃ 石炭ケーキ（他の圧密成形体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】