JP2013540832A - 石炭コークス化プロセス用の石炭を圧縮するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

石炭粒子の嵩密度を、石炭粒子に衝撃を与えることなく増加させるための相対的に高速の方法、および製司コークス製造用の石炭を圧縮するための装置が提供される。方法は、石炭粒子をコークス化炉の外部の装入プレートの上に堆積させることを含む。装入プレートは、側壁および少なくとも１つの移動可能な端壁を有し、装入プレート上に上面を有する乾燥した圧縮されていない石炭の伸張された床を形成する。圧縮されていない石炭は、振動する円筒形の圧縮機を、圧縮されていない石炭の長さに沿って、石炭の床の厚さを圧縮されていない石炭の元の厚さの約８０パーセント未満まで低減するのに十分な何回かのパスにわたって動かすことによって圧縮される。振動する円筒形の圧縮機は、約１．４：１から約２：１の範囲の長さと直径の比を有する。

Description

本開示は、石炭からコークスを製造するための方法および装置に関し、特に非回収式（ｎｏｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｙ）コークス化炉に供給する石炭を圧縮するための改善された方法および装置に関する。

コークスは、鋼の製造において鉄鉱石を溶解および還元するために使用される固形の炭素燃料であり、かつ炭素供給源である。鉄の製造プロセスの間、鉄鉱石、コークス、加熱された空気および石灰石、または他のフラックスが溶鉱炉の中に供給される。加熱された空気はコークスの燃焼を引き起こし、それによって、酸化鉄を鉄に還元するための熱および炭素の供給源がもたらされる。石灰石または他のフラックスを加え、スラグと呼ばれる酸性の不純物と反応させ、それを溶解した鉄から除去することができる。石灰石−不純物は溶解した鉄の表面に浮かび、すくい取られる。

「トンプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）コークス化プロセス」として知られる１つのプロセスでは、前述のように金属鉱石の製錬に用いられるコークスは、厳密に制御された雰囲気条件の下で密閉され、２４から４８時間にわたってきわめて高い温度まで加熱される炉に、微粉炭をバッチ式に供給することによって製造される。石炭を製司コークスに変化させるために、長年にわたってコークス化炉が使用されてきた。コークス化プロセスの間、細かく粉砕された石炭は、制御された温度条件の下で加熱され、石炭を液化し、所定の多孔度および強さを有する融解塊を形成する。コークスの製造はバッチ式プロセスであるため、複数のコークス炉を同時に稼働させるが、以下ではこれを「コークス炉バッテリー（ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｂａｔｔｅｒｙ）」と呼ぶ。

コークス化サイクルの最後に、完成したコークスを炉から取り出し、水で急冷する。冷却されたコークスをふるい分け、出荷または後で使用するために軌道車もしくはトラックに積むこと、または鉄の溶解炉に直接移すことができる。

加熱プロセスの間に石炭粒子によって行われる溶解および融解プロセスは、コークス化プロセスの最も重要な部分である。溶解の程度および石炭粒子の溶解塊内への吸収の程度によって、製造されるコークスの特性が決まる。特定の石炭または配合炭から最も強力なコークスを製造するために、石炭中の反応体と不活性体の最適な比が存在する。コークスの多孔度および強さは鉱石の精錬プロセスにとって重要であり、石炭の供給源および／またはコークス化の方法によって決まる。

石炭粒子または石炭粒子の混合物が所定のスケジュールで高温の炉に装入され、結果として生じるコークスから揮発性物質を除去するために、石炭が炉の中で所定の時間にわたって加熱される。コークス化プロセスは、炉の設計、石炭の種類、および使用される転化温度に大きく依存する。コークス化プロセスの間、炉は、それぞれの石炭の装入物がほとんど同じ時間で完全にコークス化されるように調節される。石炭が完全にコークス化されると、コークスが炉から取り出され、水で急冷されて、その発火温度より低く冷却される。また急冷操作は、コークスが水分を吸収しすぎないように注意深く制御しなければならない。急冷後、コークスはふるい分けられ、出荷のために軌道車またはトラックに積み込まれる。

石炭は高温の炉の中に供給されるため、石炭供給プロセスの大部分が自動化されている。スロット型の炉では、石炭は通常、炉の頂部のスロットまたは開口部を通して装入される。そうした炉は、高く狭くなる傾向がある。最近になって、コークスを製造するために、水平な非回収または熱回収型のコークス化炉が使用されるようになっている（水平な炉については、例えばトンプソンの特許文献１および特許文献２を参照）。非回収または熱回収型のコークス化炉では、コンベアを用いて石炭粒子を炉の中まで水平に運び、約１０１センチメートルの高さ、約１３．７メートルの長さ、および約３．６メートルの幅を有する伸張された石炭の床を形成する。

原料炭を形成するのに適した石炭の供給源が減少してきているため、弱いまたは非コークス用炭をコークス用炭と混合して、炉に対する適切な石炭の装入を行うための試みがなされている。１つの試みは、圧縮された石炭を使用することである。石炭は、炉に入る前または炉に入った後に圧縮することができる。石炭コンベアは、装入後に炉内で部分的に圧縮される微粒子の石炭を炉に装入するのに適しているが、そうしたコンベアは一般に、予め圧縮された石炭を炉に装入するには適していない。理想的には、低品質の石炭の有用性を高めるために、石炭を８００キログラム毎立方メートル超に圧縮するべきである。配合炭中の低品質の石炭の割合が増加するにつれて、約１０４０から１１２０キログラム毎立方メートルまでの、より高いレベルの石炭の圧縮が必要になることがよく知られている。

しかしながら、現在利用可能なプロセスは、実質的に均一な嵩密度（ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する圧縮された装入炭を、伸張された装入炭の床の深さ全体を通して相対的に高速に、かつ圧縮中にかなりの量の炭塵を発生させずに提供するには適していない。したがって、炭塵を発生させずに石炭を圧縮し、コークス化炉に予め圧縮された石炭を装入するための改善された方法および装置が求められている。また、製司コークスの製造に使用するための圧縮された石炭の、実質的に均一な床を形成するために必要な時間を最小限に抑えるための装置も求められている。

米国特許第３，７８４，０３４号明細書 米国特許第４，０６７，４６２号明細書 米国特許第６，２９０，４９４号明細書 米国特許第７，４９７，９３０号明細書

前述の必要性および他の必要性に応じて、本開示は、石炭粒子の嵩密度を、石炭粒子に衝撃を与えることなく増加させるための相対的に高速の方法、および製司コークス製造用の石炭を圧縮するための装置を提供する。方法は、石炭粒子をコークス化炉の外部の装入プレートの上に堆積させることを含む。装入プレートは、側壁および少なくとも１つの移動可能な端壁を有し、装入プレート上に上面を有する乾燥した圧縮されていない石炭の伸張された床を形成する。圧縮されていない石炭は、振動する円筒形の圧縮機を、圧縮されていない石炭の長さに沿って、石炭の床の厚さを圧縮されていない石炭の元の厚さの約８０パーセント未満まで低減するのに十分な何回かのパスにわたって動かすことによって圧縮される。振動する円筒形の圧縮機は、約１．４：１から約２：１の範囲の長さと直径の比を有する。他の態様において、本開示の例示的な実施形態は、石炭を圧縮しコークス炉に装入する装置を提供する。装置は、側壁、少なくとも１つの移動可能な端壁、および圧縮された石炭をコークス炉の中に運ぶための移送プレート並進機構を有する、石炭床移送プレートを有する。圧縮プロセスの間、真空源を用いて圧縮されていない石炭の床を脱気し、約９６０から約１２００キログラム毎立方メートルの範囲の嵩密度を有する、乾燥し圧縮された石炭床を形成する。

さらに他の態様において、本開示の例示的な実施形態は、石炭を圧縮しコークス炉に装入する装置を提供する。装置は、側壁、少なくとも１つの移動可能な端壁、および圧縮された石炭をコークス炉の中に運ぶための移送プレート並進機構を有する移送プレートを備えた、石炭床装入車を含む。衝撃エネルギーを用いずに石炭を圧縮するために、石炭圧縮デバイスが提供される。石炭圧縮デバイスは、移送プレート上の圧縮されていない石炭の床を圧縮するための振動式ローラ機構、振動式ローラ機構を圧縮されていない石炭の床の長さに沿って動かすための、振動式ローラ機構に取り付けられた石炭床移動デバイス、圧縮ステップの間は、振動式ローラを下降させて圧縮されていない石炭と接触させ、炉への装入ステップの間は、振動式ローラを上昇させて圧縮された石炭と接触させないための石炭床移動デバイス上の昇降機構、および、圧縮ステップの間、圧縮されていない石炭の床を脱気するための脱気デバイスを含む。

本明細書に記載される方法および装置は、相対的に短い時間で相対的に高い嵩密度を有する石炭を提供することを含む、コークス化操作に対する独自の利点をもたらす。方法および装置の他の利点は、圧縮中に炭塵を増加させ、圧縮プロセス中に構造および設備に損傷を与える恐れがあるパイルドライバー（ｐｉｌｅ−ｄｒｉｖｅｒ）型の圧縮デバイスを用いずに、相対的に単純な機械的デバイスを用いて石炭を圧縮し、圧縮された石炭をコークス炉の中に移送することが可能であることである。他の利点は、結果として生じる石炭床が、実質的にその深さ全体を通してほとんど同じ均一な嵩密度に圧縮されることである。

開示される実施形態の他の利点は、図面と共に考察するとき、例示的な実施形態に関する詳細な説明を参照することによって明らかにすることができる。また図面は一定の縮尺ではなく、複数の図面を通して、類似の参照符号は類似のまたは同様の要素を指す。
一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態によるコークス炉バッテリー用の装入車、石炭充填ステーションおよび圧縮装置の平面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による石炭充填ステーション、圧縮装置および装入車デバイスの正面側面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による装入車デバイスおよび石炭充填ステーションの側面端面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による装入車デバイスの概略的な側面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による装入車デバイスの端面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による装入車デバイスおよび側壁の固定機構の立面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態によるコークス炉に装入するための装入車デバイスの一部および移動可能な端壁の立面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による装入車デバイス用の調節可能な端壁の斜視図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による振動式ローラを用いて石炭を圧縮するための方法の概略図である。 一定の縮尺ではないが、本開示の実施形態による振動式ローラを用いて石炭を圧縮するための方法の概略図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による圧縮ステーションおよび装入車の側面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による振動式ローラを含む圧縮デバイスの斜視図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による振動式ローラを含む圧縮デバイスの斜視図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による振動式ローラを含む圧縮デバイスの側面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による振動式ローラを含む圧縮デバイスの側面図である。 一定の縮尺ではないが、本開示による石炭圧縮デバイスおよび装入車の平面図である。 本開示による振動式ローラの圧縮試験に対する、嵩密度と圧縮エネルギーの関係のグラフ表示である。

本明細書において使用するとき、「パイルドライバー型デバイス」という用語は、石炭を圧縮するために、往復運動する形で単位時間あたりに相対的に高いエネルギー衝撃を使用することを記述するために用いられる。パイルドライバー型デバイスでは、圧縮プロセスの間、空気が石炭から押し出されるときに、相対的に高い衝撃エネルギーおよび相対的に高速の圧縮機構によって炭塵が生成される。「振動式ローラ機構」という用語は、前述のようにパイルドライバー型デバイスから石炭に衝撃エネルギーを与えることなく振動する、転動機構を意味する。したがって、振動式ローラ機構の単位時間あたりのエネルギーは、パイルドライバー型デバイスの単位時間あたりのエネルギーよりかなり低い。

以下にさらに詳しく記載されるように、石炭を圧縮してコークス炉１２に装入するための高速システム１０が、図１に平面図として示されている。システムは、移動可能な石炭装入車デバイス１４、石炭装入車を充填するための石炭充填装置１６、および石炭装入車デバイス１４内の石炭を圧縮するための石炭圧縮装置１８を含む。システム１０は、水平な非回収式コークス化炉１２に装入するための、約７５から約１２５センチメートルの深さ、約１０から約１５メートルの範囲の長さ、および約２から約５メートルの範囲の幅を有する圧縮された石炭の床を提供するのに特に適している。

図１〜３を参照すると、典型的な水平な非回収式コークス炉バッテリーが、複数の並んだコークス炉１２を含んでいる。コークス炉１２のそれぞれが、石炭装入端部２０、および装入端部２０の反対側のコークス出口端部２２を有する。石炭のコークス化サイクルは、コークス炉１２への石炭装入の規模に応じて、２４から４８時間またはそれを超える範囲に及ぶ可能性がある。コークス化サイクルの最後に、コークスは、炉１２の装入端部２０に隣接して位置決めされた放出ラムを用いて炉１２から押し出され、炉のコークス出口端部２２の高温の車に入る。放出ラムを装入車デバイス１４に含めることができるが、装入車デバイス１４は、コークスを炉１２から押し出す前に装入端部の炉のドアを取り外すためのデバイスを含むこともできる。

図１に示されるように、装入車デバイス１４は、装入される炉１２に隣接したレール２４の上を、装入車デバイス１４を所定量の石炭で充填するための充填ステーション２６まで移動することができる。以下にさらに詳しく記載される石炭充填装置１６は、コールビンを含み、コールビンは、コンベア３２によって、装入車デバイス１４の長さに沿った石炭充填装置１６を所定量の石炭で充填する動きのために、レール２４に直交する高架レール３０の上を移動することができる（図３）。図３には、充填ステーションを出た後の、装入車１４上の圧縮された石炭３４も示されている。

次に図４〜６を参照して、システム１０の構成要素の様々な態様についてさらに詳しく図示し記載する。図４に示されるように、装入車デバイス１４は、主要な支持フレーム３６、並進可能な石炭移送プレートまたはへら３８、移送プレート支持フレーム４０、および石炭が装入される炉１２の炉床に対する移送プレート３８の高さを決めるための、フレーム４０に取り付けられた高さ調節機構４２を含む。高さ調節機構４２を用いて、石炭圧縮ステップ中の振動を吸収するために、移送プレート４０を以下にさらに詳しく記載される固定した支柱まで下降させることもできる。

高さ調節機構４２は、支承ロール４８を含む支承レール４６を上昇および下降させるための１つまたは複数のアクチュエータ４４、または移送プレート３８の並進可動のための滑りプレートを含む。アクチュエータ４４は、ウォーム歯車、チェーン駆動、油圧シリンダーなど、広範にわたる機構から選択することができる。油圧シリンダーのアクチュエータ４４は、本明細書に記載される高さ調節機構４２における使用に特に適している。

移送プレート３８を上昇および下降させるための高さ調節機構４２の各部分の詳細が、図５に示されている。図５は、フレーム３６に取り付けられた高さ調節機構４２を示す、装入車デバイス１４の端面図である。アクチュエータ４４は、フレーム３６、およびホイール５２を保持する第１のピボットアーム５０に取り付けられる。第１のピボットアーム５０が、ロッドまたは他の堅い連結デバイス５４によって遠位のピボットアーム５６およびホイール５７に機械的に連結され、遠位のピボットアーム５６およびホイール５７は、連結デバイス５４の働きによって第１のピボットアーム５０と共に移動する。第１のピボットアーム５０および遠位のピボットアーム５６はそれぞれ、フレーム３６に枢着される。

アクチュエータ４４の起動後、ピボットアーム５０および５６を上昇または下降させ、それによって、移送プレート３８を支持するレール４６を上昇または下降させる。ホイール５２は、装入車デバイス１４を装入される炉１２に対して適切に位置決めするために、必要に応じてレール４６および移送プレート３８の炉１２に向かう動き、または炉１２から離れる動きを可能にする。

炉の高さがレール２４の基準高さに対して不釣り合いであるために、高さ調節機構４２を用いて、移送プレート３８を、石炭を装入する炉１２内への並進可動に望ましい高さに設定する場合がある。炉の高さの差異は通常、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７０ｃｍ）の範囲である。したがって、高さ調節機構４２は、移送プレート３８の基準高さから２．５センチメートルから１５センチメートルの範囲にわたって変化する可能性がある、ある高さに、移送プレート３８を移動させ保持することが可能であるべきである。特定の炉バッテリーに必要とされる高さの上昇範囲が、約２．５から約１５センチメートルより大きい範囲になる可能性もあることが理解されるであろう。移送プレート３８の高さの調節に加えて、移送プレート３８、支承レール４６および支承ロール４８は、炉に装入する場合には炉１２に向かい、装入車デバイスが他の炉の構造を通過（ｃｌｅａｒ）しながらレール２４に沿って移動する場合には炉から離れるように伸縮させることができる。別のアクチュエータを用いて、レール４６および移送プレート３８を炉１２に向かって、また炉１２から離れるように移動させることもできる。

装入車デバイス１４のフレーム３６は、装入車デバイス１４を、圧縮された石炭を装入する炉１２の石炭装入端部２０に隣接するレール２４に沿って位置決めするためのホイール５８を含む。ホイール５８は、以下にさらに詳しく記載されるように、装入車デバイス１４を石炭装入ステーション２６に位置決めすることも可能である。

移送プレート３８の長さに沿って、傾斜可能な側壁６０が設けられる。傾斜可能な側壁６０は、移送プレート３８およびその上の圧縮された石炭を炉１２の中に移動させるとき、移送プレート３８上の圧縮された石炭から離れるように回転させることができる。傾斜可能な側壁６０が圧縮された石炭から離れるように回転することによって、側壁６０と圧縮された石炭の間の摩擦を低減することができる。

図６に示されるように、傾斜可能な側壁６０は、その第１の端部６２で壁の支持部材６４に枢動可能に隣接しており、圧縮された石炭との接触から解放すること、または図示および記載されるように、移動を防止するように固定することができる。固定機構６６Ａおよび６６Ｂを傾斜可能な側壁６０と共に用いて、石炭圧縮プロセスの間、傾斜可能な側壁６０が移動するのを防止することができる。固定機構６６Ａおよび６６Ｂはそれぞれ、その第１の端部７２に隣接するローラ７０、およびその第２の端部７６に隣接するアクチュエータ機構７４を有するピボットアーム６８を含む。図６では、固定機構６６Ａは第１の固定解除位置に示され、固定機構６６Ｂは第２の固定位置に示されている。

装入車デバイス１４の少なくとも１つの端部７７（図７）は、図７にさらに詳しく示されるように、逆転防止デバイス８２の相対する側に取り付けられた、移動可能な端壁７８およびラムヘッド（ｒａｍ ｈｅａｄ）８０を含む。移動可能な端壁７８およびラムヘッド８０を含む逆転防止デバイス８２は、移送プレート３８上に石炭を積み、石炭を圧縮するために、下方位置で回転させることができる。図７に示されるように逆転防止デバイス８２を上方位置で回転させると、移送プレート３８およびその上の圧縮された石炭３４を炉１２の中に移動させ、炉に装入することができる。

炉への装入ステップの間、ラムヘッド８０を含む逆転防止デバイス８２（図７）は、圧縮された石炭３４を炉１２の中に移動させることができるように、アクチュエータ８４によって上方に回転させることができる。炉１２に圧縮された石炭３４が装入されると、逆転防止デバイス８２は、アクチュエータ８４によって下方に回転させることができ、また移送プレート３８を炉１２から引き出す間、ラムヘッド８０を炉１２の内側で圧縮された石炭３４に隣接して配置し、圧縮された石炭３４を炉１２の中に保持するように、トロリー機構８６によって炉に向かって移動させることができる。移送プレート３８を炉１２から引き出した後、逆転防止デバイス８２を上方に回転させ、次いでトロリー機構８６を用いて図７に示される位置まで移動させる。

移送プレート３８の反対側の端部は端壁８８を含み、端壁８８は固定するか、または垂直方向に移動可能にすることができる。一実施形態において、端壁８８は、石炭充填装置１６上の伸縮式シュート１０４を通過するように上下に調節することができる。調節可能な端壁８８の詳細は、図８に示されている。調節可能な端壁８８は、フレーム３６に取り付けられる固定部９０、およびアクチュエータ機構９４によって上昇および下降させることができる可動部９２を有する。

移送プレート３８は、移送プレート３８を支承レール４６に取り付けられた支承ロール４８に沿って動かすために、高耐荷重、高速のチェーンスプロケットシステム９６と移送プレート３８の遠位端９８に接続されたチェーンとの組み合わせを用いて、炉１２の内外に並進させることができる（図４）。石炭を装入する動作の間、チェーンスプロケットシステム９６は移送プレート３８の一部を炉１２の中へ移動させ、したがって、移送プレート３８を炉１２から引っ込めるとき、圧縮された石炭３４を炉の床面に堆積させることができる。移送プレート３８は通常、約３．５センチメートルから約８センチメートルの範囲の厚さを有し、好ましくは鋳鋼で製造される。

その開示を参照によって本明細書に援用するバークドール（Ｂａｒｋｄｏｌｌ）の特許文献３およびバークドール等の特許文献４に記載される、圧縮された石炭を装入するデバイスのように、本明細書に記載される装入車デバイス１４は任意選択で、移送プレート３８が炉１２の中に移動するとき、移送プレート３８と炉床の間に圧縮されていない石炭の隔離層を設けるために、圧縮されていない石炭のチャンバを含むことができる。圧縮されていない石炭の層は、移送プレート３８を炉床の放射熱から隔離し、移送プレート３８が炉１２の内外に移動するための相対的に滑らかで水平な面を形成することができる。圧縮された石炭３４および移送プレート３８の重量は、圧縮されていない石炭を圧縮し、その密度を増加させて圧縮されていない石炭より高くするのに十分である。

再び図２〜３を参照して、装入車デバイス１４を充填するための石炭充填装置１６について示し、さらに詳しく論じる。石炭充填装置１６は、レール３０用の高架レール構造１００、および装入車デバイス１４を所定量の石炭で実質的に均等に充填するための、レール２４に実質的に垂直な方向に移動可能な秤量ビン１０２（ａ）を含む。秤量ビン１０２（ｂ）を所定量の石炭で再充填するために、レール３０によって秤量ビン１０２（ｂ）を石炭貯蔵ビンに隣接して位置決めすることもできる。クロスコンベア３２が、貯蔵ビンから秤量ビン１０２への石炭の流れを形成する。秤量ビン１０２は、約５０から６０メートルトンの石炭粒子を保持するのに十分な大きさである。

装入車デバイス１４を圧縮されていない石炭で実質的に均等に充填するために、秤量ビン１０２の放出端部に伸縮式シュートおよび平坦化デバイス１０４が設けられる。秤量ビン１０２（ａ）がレール３０に沿って、装入車デバイス１４の一端から装入車デバイス１４の他端まで横断すると、石炭が装入車デバイス１４の中に計量され、ならされて圧縮プロセスのための実質的に平坦な面を形成する。伸縮式シュートは、移送プレート３８の幅を横断する石炭の「コウモリの翼のような断面」を形成する輪郭を有する。「コウモリの翼のような断面」とは、側壁６０に隣接する圧縮されていない石炭の深さが、移送プレート３８の幅のかなりの部分にわたる石炭の深さより大きいことを意味する。

製司コークスの形成に適した石炭は通常、少なくとも約８０％が、標準的なふるい分析手順によって決まる約３ミリメートル未満の平均サイズを有するようにすりつぶされる。圧縮されていない石炭はまた、約６から約１０重量パーセントの範囲の水分値、および約６４０から約８００キログラム毎立方メートルの範囲の嵩密度を有する。移送プレート３８上に堆積したとき、圧縮されていない石炭は通常、約５０から６０体積パーセントの石炭粒子、および約４０から約５０体積パーセントのボイドを有する。

装入車デバイス１４を、所定量の石炭、通常は約４５から約５５メートルトンの石炭で充填した後、石炭を圧縮するための圧縮ステップを実施するために、秤量ビン１０２（ａ）を位置１０２（ｂ）まで移動させる（図２）。石炭を圧縮するために用いられる圧縮デバイス１８は、図９Ａ〜９Ｂに概略的に示されるように、装入車１４内の石炭を迅速に圧縮するための圧縮装置１１０を含む。圧縮デバイス１８は、圧縮されていない石炭１１４を横断するように転動し、圧縮された石炭３４をもたらす振動式ローラ１１２を含み、したがって、石炭の深さを、初期の深さＤ１から圧縮後の深さ（Ｄ２）に変化させる。

圧縮装置１１０は、固定レール１１８および可動レール１２０を含む支持システム１１６の上を移動することができる（図２および１０）。装入車１４に石炭が積まれた後、可動レール１２０は、装入車１４の両側で隣接するようにはね橋のような形で下げられ、その結果、図１０および１２に示されるように、圧縮装置１１０が伸縮式レール１２０の上で装入車１４の長さを横断することが可能になる。

図１１Ａ〜１１Ｄに示されるように、圧縮装置１１０は、固定レール１１８および伸縮式レール１２０の上を移動可能な支持フレーム１２２を含む。支持フレーム１２２は、アクチュエータデバイス１２６によって、図１１Ａおよび１１Ｃに示されるように上昇させること、または図１１Ｂおよび１１Ｄに示されるように下降させることができるローラフレーム１２４も含む。圧縮装置１１０が上昇した位置にあるとき、圧縮装置１１０を、装入車１４内の圧縮されていない石炭１１４の上で移動させることができる。圧縮プロセスの間、圧縮装置１１０は、圧縮されていない石炭１１４の上を振動回転して石炭を圧縮するために、下降した位置にある。

図１２には、装入車１４に対する圧縮装置１１０の平面図が示されている。圧縮されていない石炭が装入車１４の中に配置され、圧縮プロセスの間、圧縮装置１１０が装入車１４の長さを横断する。石炭は、圧縮装置１１０の約２から約６回のパスで圧縮することができる。一実施形態において、圧縮装置１１０は、振動式ローラ１１２が圧縮されていない石炭１１４に接触している間の振動の有無にかかわらず、矢印１２８の方向に第１のパスを行うことができる。次いで圧縮装置１１０は、望ましくは振動式ローラ１１２が振動して石炭を圧縮している間、矢印１３０の方向に第２のパスを行う。通常は、石炭をコークス炉１２で使用するための所望の嵩密度まで圧縮するために、合計約４回のパスが必要であり、最初のパスは振動を用いずに実施され、続く３回のパスは振動を用いて実施される。

図９Ａに示されるように、振動式ローラ１１２の長さＬは、圧縮される圧縮されていない石炭１１４の床の幅Ｗの約９０から約９９パーセントの範囲とすることができ、長さと直径の比は約１．４：１から約２：１の範囲である。振動式ローラ１１２は、約２５から約６０メートルトンの総重量を有することができ、圧縮プロセスの間、約０．５から約３．０キロメートル毎時の範囲の速度で圧縮されていない石炭を横断する。振動式ローラ１１２は、約１０から約５０Ｈｚの範囲の振動周波数を有し、振幅は約１から５ｍｍの範囲であり、遠心力は約３０００から約３６００ニュートンメートルの範囲である。

圧縮プロセスの間、圧縮されていない石炭１１４からの空気を、装入車の側壁６０内の通気孔１３６を通して放出することができる（図４）。空気を放出する、または石炭を脱気することによって、石炭１１４をより迅速に圧縮することが可能になる。通気孔１３６は、装入車１４の側壁６０に沿って、互いに中心間で約６０センチメートルの間隔をおいて配置された、３０ｃｍ^２のワイヤメッシュまたは孔ふるいの通気孔とすることができる。通気孔１３６は、圧縮プロセス中に放出される空気中に伴出される石炭の量を最小限に抑えるために、隣接するワイヤ間に約７５から約２３０ミクロンの開口部を有する。

通気孔１３６は、大気へ通気すること、またはその開示を参照によって本明細書に援用するバークドール等の特許文献４にさらに詳しく記載されるように、真空ポンプおよび集塵システム１０８（図２）と気体流連通するように接続することができる。圧縮プロセスの間、真空ポンプによって、プローブに対して約１８５から約２８０ｍｍＨｇの範囲の真空が与えられ、圧縮されていない石炭床から伴出された空気を除くことができる。圧縮プロセス中の気体の体積流量は、約５０立方メートル毎分から約８５立方メートル毎分の範囲とすることができる。

石炭を圧縮するために衝撃エネルギーを使用するのとは異なり、振動式ローラ１１２は、使用される単位時間あたりの振動エネルギーが、パイルドライバー型デバイスを用いて同様の石炭の嵩密度を得るために必要な単位時間あたりの衝撃エネルギーよりかなり小さいため、圧縮プロセス中に粉塵をあまり発生させない。例えば、特許文献４に記載される衝撃型のパイルドライバーは、約１０４０から１１２０キログラム毎立方メートルの範囲の嵩密度をもたらすために、石炭に約２２１，２０８キログラム重メートル／秒のエネルギーを加える可能性がある。本開示の実施形態よる振動式ローラ１１２では、同じ嵩密度を約２から約５キログラム重メートル／秒のエネルギーで得ることができる。したがって、振動式ローラ１１２では集塵システムは必ずしも必要ではないが、石炭を圧縮するために衝撃エネルギーを使用する圧縮システムでは、集塵システムを使用することが望ましい。しかしながら、石炭の水分含有量を低減し、それによって石炭のコークス化に必要なエネルギーを少なくすることを可能にするために、圧縮プロセス中に真空ポンプを使用することが望ましい場合がある。

ホイール５８およびレール２４を通して伝えられる衝撃波を低減するために、支持支柱１３４（図４）を設け、圧縮プロセス中に装入車１４を充填ステーション２６内で支持することができる。したがって、装入車１４の移送プレート支持フレーム４０（図４）が、ホイール５８およびフレーム３６ではなく、主に支柱１３４によって支持されるように、高さ調節機構４２を作動させて装入車１４を約２から約６センチメートル下降させることができる。

前述の圧縮装置１８は、約１３５から約１４５センチメートルの範囲の初期深さを有する石炭の床を、約６分未満、通常は約４分未満で、約８００キログラム毎立方メートル超の嵩密度まで圧縮するのに十分なものとなり得る。本明細書に記載される圧縮装置１８は、石炭床の深さを通して実質的に均一に圧縮された石炭を提供することができる。従来技術の圧縮プロセスは通常、石炭床の深さを通して不均一な石炭の圧縮をもたらす。

装入車１４を約５２メートルトンの石炭で充填し、石炭を目標の嵩密度である約１０４０キログラム毎立方メートルまで圧縮するための典型的なサイクル時間を以下の表に示す。

この例に示される圧縮されていない石炭の量および目標の嵩密度の場合、前述の振動式ローラおよび脱気システムを用いて石炭を充填し、圧縮するプロセス全体を約６分未満で実施可能であることが理解されるであろう。

以下の例では、２８メートルトンの石炭に対する圧縮試験を行い、圧縮プロセス中に前述のように壁の通気孔を用いて石炭床から空気を放出し、石炭を脱気しながら、圧縮されていない石炭床に複数回衝撃を与えた後、結果として生じる圧縮された石炭の深さおよび嵩密度を測定した。圧縮されていない石炭床を、路床上のコンクリート障壁の間に配置した。石炭１メートルトンあたり２２００キログラム重メートルを加える振動式ローラの複数のパスを使用した。結果を以下の表および図１３に示す。

前述の説明において、コンベアベルト、電気的な構成要素などを除く装置全体は、鋳鋼または鍛造鋼で製造することができる。したがって、装置の頑丈な構造が可能であり、それによって、コークス炉の環境に適した相対的に長持ちする装置が得られる。

前述の装置および方法によって、製司コークスの製造により安価な石炭を使用することが可能になり、それにより、コークスの全体的なコストが低減される。特定の石炭の供給源および得られる圧縮のレベルに応じて、本発明に従って製造された圧縮後の装入炭は、約３０から約６０重量％の非コークス用炭を含む可能性がある。本発明の装置によって製造されるコークスの量は、圧縮プロセスの結果として、３０ないし４０メートルトンから、最大約４５ないし約５５メートルトン増加させることもできる。装入炭の高さ、幅および深さなどのより一貫した装入炭の物理的パラメータも、本発明による装置および方法の利益である。

本開示の実施形態に修正および／または変更を加えることが可能であることが企図され、またそれが、これまでの説明および添付図面から当業者には明らかになるであろう。したがって、前述の説明および添付図面は例示的な実施形態を説明するためのものにすぎず、それに限定されないこと、また本開示の真の趣旨および範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによって判断されることが明確に意図される。

Claims (21)

1. 石炭粒子の嵩密度を、前記石炭粒子に衝撃を与えることなく増加させ、コークス化炉に装入する乾燥し圧縮された石炭の伸張された床を形成するための相対的に高速な方法であって、
   石炭粒子をコークス化炉の外部の装入プレートの上に堆積させるステップであって、前記装入プレートは、側壁および少なくとも１つの移動可能な端壁を有していて、前記装入プレート上に上面を有する乾燥した圧縮されていない石炭の伸張された床を形成するステップと、
   振動する円筒形の圧縮機を、前記圧縮されていない石炭の長さに沿って、前記石炭の床の厚さを前記圧縮されていない石炭の元の厚さの約８０パーセント未満まで低減するのに十分な何回かのパスにわたって動かすことによって、前記圧縮されていない石炭を圧縮するステップであって、前記振動する円筒形の圧縮機は、約１．４：１から約２：１の範囲の長さと直径の比を有するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記圧縮するステップの間、前記圧縮されていない石炭を脱気し、約９６０から約１２００キログラム毎立方メートルの範囲の嵩密度を有する、乾燥し圧縮された石炭床を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記石炭床を脱気するステップは、真空源を、前記圧縮されていない石炭床に挿入された１つまたは複数のプローブに適用するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記真空源は、前記脱気するステップの間、前記圧縮されていない石炭床に約１８５から約２８０ｍｍＨｇの範囲の真空を与えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記石炭床を脱気するステップは、前記圧縮するステップの間、前記装入プレートの前記側壁から空気を放出するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記石炭粒子は、前記振動する円筒形の圧縮機の５回未満のパスで、約６４０から約８００キログラム毎立方メートルの範囲の初期の嵩密度から、約９６０から約１２００キログラム毎立方メートルの範囲の嵩密度まで圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記振動する円筒形の圧縮機の長さは、前記石炭の床の幅の約９０から約９９％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記振動する円筒形の圧縮機は、約０．５から約３．０キロメートル毎時の範囲の速度で動作させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記振動する円筒形の圧縮機は、前記圧縮されていない石炭の長さに沿って１回から４回動かされ、前記石炭を圧縮することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記振動する円筒形の圧縮機は、約２から約５キログラム重メートル毎秒の範囲の圧縮エネルギーの出力を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 石炭から製司コークスを製造するための方法であって、請求項１に記載の方法によって製造された乾燥し圧縮された石炭床をコークス化炉に装入するステップと、前記石炭を還元雰囲気の下で、ある温度である時間にわたって加熱して製司コークスを得るステップとを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法によって製造された製司コークス。
13. 石炭を圧縮しコークス炉に装入する装置であって、
    側壁を有する移送プレート、少なくとも１つの移動可能な端壁、および圧縮された石炭を前記コークス炉の中に運ぶための移送プレート並進機構、を備えた石炭床装入車と、
    前記移送プレート上の圧縮されていない石炭の床を圧縮するための振動式ローラ機構、前記振動式ローラ機構を前記圧縮されていない石炭の床の長さに沿って動かすための、前記振動式ローラ機構に取り付けられた石炭床移動デバイス、圧縮ステップの間は前記振動式ローラを下降させて前記圧縮されていない石炭と接触させ、かつ、炉への装入ステップの間は前記振動式ローラを上昇させて圧縮された石炭と接触させないための、前記石炭床移動デバイス上の昇降機構、および、前記圧縮ステップの間に前記圧縮されていない石炭の床を脱気するための脱気デバイス、を含む石炭圧縮デバイスと
    を備え、前記石炭圧縮デバイスは、衝撃エネルギーを用いずに前記石炭を圧縮するのに有効であることを特徴とする石炭を圧縮しコークス炉に装入する装置。
14. 前記脱気デバイスは、前記移送プレートの孔をあけた側壁、および前記圧縮されていない石炭の床に挿入された真空プローブに取り付けられた真空ポンプからなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
15. 前記移送プレートを前記炉から引き出す間、圧縮された石炭を前記コークス炉の中に保持するための、前記少なくとも１つの移動可能な端壁に隣接して取り付けられた逆転防止デバイスをさらに備えること特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
16. 前記装入車は、コークス炉の圧縮された石炭の装入プロセスの間に前記移送プレートの高さを調節するための高さ調節機構をさらに備えること特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
17. 圧縮されていない石炭を前記装入車の中に堆積させるための、石炭を堆積し平坦化するデバイスをさらに備え、前記石炭を堆積し平坦化するデバイスは、所定量の石炭を前記装入車の中に堆積させ、前記移送プレート上の前記圧縮されていない石炭を平坦化するために、伸縮式シュート、および前記シュートと流れ連通する石炭秤量ビンを含むことを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
18. 前記振動式ローラは、約１．４：１から約２：１の範囲の長さと直径の比を有することを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
19. 前記振動式ローラ機構は、前記圧縮されていない石炭の床の幅の約９０から約９９％の範囲の長さを有することを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
20. 圧縮機並進デバイスが、前記振動式ローラを約０．５から約３．０キロメートル毎時の範囲の速度で移動させることを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。
21. 前記振動式ローラ機構は、約２から約５キログラム重メートル毎秒の範囲の圧縮エネルギーの出力を有することを特徴とする請求項１３に記載の石炭を圧縮しコークス炉に石炭を装入する装置。

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