JP2018051425A - 石炭粉砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕後の石炭粒度のバラツキを従来に比べて抑制することが可能な石炭粉砕方法を提供する。
【解決手段】ケーシング内を回転するハンマの打撃を利用して石炭を粉砕する石炭粉砕機１０の入側と出側にそれぞれ石炭粒度測定器１５、１６を設置し、ハンマを回転させるモータの電流値をパラメータとして、粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係を、石炭粉砕機１０の入側及び出側に設置した石炭粒度測定器１５、１６の測定結果を用いて予め求めておき、石炭粉砕機１０の入側に設置した石炭粒度測定器１５の測定結果を前記相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際のモータの目標電流値Ｉ０（Ａ）を決定し、モータに流す電流値Ｉ１（Ａ）を目標電流値Ｉ０（Ａ）に設定して石炭を粉砕した後、石炭粉砕機１０の出側に設置した石炭粒度測定器１６の測定結果と目標粒度との偏差に応じて電流値Ｉ１（Ａ）を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークスの製造に使用される石炭を粉砕機で粉砕する方法に関する。

高炉製鉄法に使用されるコークスは、炉内の通気性を確保するため高強度のものが要求される。そのため、高強度コークスの製造では、石炭が軟化溶融した際に石炭粒子間に強固な接着が生じるように、コークス炉に装入する石炭の嵩密度を上げて、隣接する石炭粒子同士の接触状態を改善することが行われている。

石炭装入時の嵩密度を向上させる方法としては、石炭の粒度分布を制御して理想粒度分布（ファーナス分布）に近づける方法が知られている。理想粒度分布を実現するためには、粒径の大きな石炭粒子も使用することが好ましいが、大粒径の石炭粒子、特に劣質な非粘結炭の大粒径粒子が存在すると、加熱処理時に、隣接する石炭粒子間の収縮率差により接触界面に割れが発生し、コークス強度が低下する。

従って、コークス用石炭の粉砕処理では、粉砕後の石炭粒度を、目標とする粒度範囲に調整することにより、石炭装入時の嵩密度の向上と加熱処理時における大粒径粒子に起因した割れ抑制とを両立することが求められる。

石炭粒度の調整方法としては、衝撃式粉砕機におけるハンマと摩砕板の間隙調整や、インペラーブレーカーにおける粉砕刃の粉砕スリット幅調整（特許文献１参照）、あるいはクラッシャーの回転数変更（特許文献２参照）によって、粉砕後の石炭粒度を、目標とする粒度範囲に合わせ込む方法が一般的である。
上記２件の特許文献では、粉砕後の石炭粒度を測定して演算処理し、石炭の粉砕粒度が設定目標値に一致するよう、粉砕機の運転条件を変更する方法が記載されている。

特開平６−２１２１６９号公報 特開２００４−１６９８３号公報

従来の方法は、粉砕後の石炭粒度によって石炭の粉砕条件を変更するものであり、粉砕前の石炭粒度のバラツキを考慮していない。しかし、本発明者らは、例えば、粉砕前の石炭粒度が大きくなると、粉砕後の石炭粒度が目標粒度よりも一般に大きくなるという知見を得ている。粉砕前の石炭粒度が大きく変動した場合、粉砕後の石炭粒度に基づいて石炭の粉砕条件を変更したとしても、目標粒度よりも大きな粒度を有する粉砕石炭が多く製造されてしまう。

粉砕前の石炭粒度は石炭貯蔵の都合によって時々刻々変動するため、特許文献１、２記載の方法を用いた場合、粉砕後の石炭粒度が変動する。そのため、特許文献１、２記載の方法は、粉砕後の石炭粒度の安定性の観点で課題を有している。
粉砕後の石炭粒度にバラツキが発生すると、コークス品質の一つであるコークス強度が変動する原因となり、低強度コークスを含むコークスが製造されることになる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、粉砕後の石炭粒度のバラツキを従来に比べて抑制することが可能な石炭粉砕方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る石炭粉砕方法は、
ケーシング内を回転するハンマの打撃を利用して石炭を粉砕する石炭粉砕機の入側と出側にそれぞれ石炭粒度測定器を設置し、
前記ハンマを回転させるモータの電流値をパラメータとして、粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係を、前記石炭粉砕機の入側及び出側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果を用いて予め求めておき、
前記石炭粉砕機の入側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果を前記相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際の前記モータの目標電流値Ｉ０（Ａ）を決定し、前記モータに流す電流値Ｉ１（Ａ）を前記目標電流値Ｉ０（Ａ）に設定して石炭を粉砕した後、前記石炭粉砕機の出側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果と前記目標粒度との偏差に応じて前記電流値Ｉ１（Ａ）を補正することを特徴としている。

石炭粉砕機の粉砕動力（モータ電流値）は石炭粉砕負荷に依存する。石炭粉砕負荷は、ハンマの回転数（単位時間当たりの回転回数）や、ハンマと摩砕板の間隔などによって決定される。また、石炭粉砕負荷は、石炭粉砕機への単位時間当たりの石炭供給量によっても変動する。従って、モータ電流値は、ハンマの回転数や、ハンマと摩砕板の間隔、石炭粉砕機への石炭供給量などの粒度変動要因を反映した物理量であると見做すことができる。

本発明では、石炭粉砕機の入側に設置した石炭粒度測定器の測定結果を、粉砕前後の石炭粒度の相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際のモータの目標電流値を決定することにより、粉砕前の石炭粒度のバラツキを考慮すると共に、石炭強度や石炭の含水量などによって粉砕後の石炭粒度が変動するため、出側に設置した石炭粒度測定器の測定結果と目標粒度との偏差に応じて当該モータ電流値を補正するようにしている。

また、本発明に係る石炭粉砕方法では、粉砕する石炭に含まれる水分は、内数で７〜１５質量％であることを好適とする。

粉砕前後の石炭粒度の相関関係に基づいて決定したモータの電流値が、粉砕する石炭に含まれる水分の変動によって若干増減する場合がある。
本発明者らは、粉砕する石炭に含まれる水分を所定範囲に収めることにより、粉砕後の石炭粒度のバラツキをさらに抑制できることを見出した。含有水分の所定範囲としては、内数で７〜１５質量％が好ましく、９〜１２質量％であればなお良い。

また、本発明に係る石炭粉砕方法では、粉砕する石炭は、ホッパに貯蔵され、フィーダにより切り出されたものであることを好適とする。

石炭粉砕機のモータ電流値が一定の場合、石炭粉砕機へ供給する石炭量（例えば、単位時間当たりに供給する石炭の量）が変動すると、粉砕後の石炭粒度が変動する。
当該構成では、単位時間当たりの石炭切り出し量を一定とすることができるフィーダを用いることにより、石炭粉砕機へ供給する石炭量の変動を防止して、粉砕後の石炭粒度のバラツキを一層抑制する。

本発明に係る石炭粉砕方法では、石炭粉砕機の入側に設置した石炭粒度測定器の測定結果を、粉砕前後の石炭粒度の相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際のモータの目標電流値を決定し、さらに出側に設置した石炭粒度測定器の測定結果と目標粒度との偏差に応じて当該モータ電流値を補正することにより、粉砕前の石炭粒度のバラツキその他の粒度変動要因を吸収する。その結果、従来に比べて、粉砕後の石炭粒度のバラツキを抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る石炭粉砕方法に使用する石炭粉砕設備の模式図である。 同石炭粉砕設備を構成する石炭粉砕機の模式図である。 石炭粉砕機のモータ電流値をパラメータとして、粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係を求めたグラフの一例である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

粉砕後の石炭粒度は、粉砕前の石炭粒度や石炭強度等の性状によって決定され、粉砕前の石炭粒度は、製鉄所における保管方法の影響を受ける。
粉砕前の石炭は、一般に、ヤードにおいて山脈状に積み付けて保管される。石炭粒度は積み付け山の頂部と山裾で異なり、積み付けにより粒度偏析が発生する。具体的には、積み付け山の頂部では粒径が小さい石炭が多く、積み付け山の山裾では粒径が大きい石炭が多い。
積み付け山で保管している石炭は、リクレーマ等により払い出し、石炭粉砕機へ供給されるが、順次払い出すため、積み付け山での石炭採取位置（頂部から採取、山裾から採取等）は変動する。その結果、粉砕後の石炭粒度に影響が出る程度に、粉砕前の石炭粒度は変動する。

［従来の石炭粉砕方法］
石炭粉砕機による粉砕後の石炭の粒度を測定し、測定した粉砕後の石炭粒度の実績値と目標粒度との差異に応じて粉砕条件（ハンマ回転速度、ハンマと摩砕板の間隔等）を変更して粉砕後の石炭粒度の安定化を図る方法が知られている。
しかし、粉砕前の石炭粒度が変動する場合に上記方法を実施すると、粉砕後の石炭の粒度測定結果が粉砕条件の変更に反映されるまで粉砕後の石炭粒度が変動する結果（目標粒度から外れる場合が多い。）となり、粉砕後の石炭粒度にバラツキが生じる。例えば、含有水分が内数で１０質量％の石炭をフィーダで切り出し、上記方法を用いて粉砕したところ、３ｍｍアンダーが８９質量％という目標粒度に対して、粉砕後の石炭粒度の実績値は８５〜９３質量％であった（以下、「従来例」と呼ぶ。）。

［本実施の形態に係る石炭粉砕方法］
本発明の一実施の形態に係る石炭粉砕方法に使用する石炭粉砕設備を図１に示す。
本石炭粉砕設備は、石炭を粉砕する石炭粉砕機１０と、石炭を貯蔵するホッパ１１及びホッパ１１内の石炭を切り出すフィーダ１２を上流部に備え、フィーダ１２によって切り出された石炭を石炭粉砕機１０に搬送するコンベア１３と、石炭粉砕機１０によって粉砕された石炭を搬送するコンベア１４とを備えている。
コンベア１３の下流部及びコンベア１４の上流部には、搬送される石炭の粒度を測定する石炭粒度測定器１５、１６がそれぞれ設置されている。なお、粉塵によって石炭粒度測定器１５、１６が汚染されないようにするため、石炭粒度測定器１５、１６は石炭粉砕機１０から水平方向に５ｍ以上離れた位置に設置されている。

図２に石炭粉砕機１０の模式図を示す。
石炭粉砕機１０は衝撃式粉砕機であり、箱形のケーシング２３内に、水平方向に配置され水平軸回りに回転するロータ２５と、ロータ２５の外周面から放射状に延びる複数のハンマ２４と、ロータ２５を挟んで左右に配置された一対の摩砕板２６とを備えている。ケーシング２３の上面には、石炭を投入するための投入口２１が、ケーシング２３の底面には、粉砕された石炭を排出するための排出口２２がそれぞれ設けられている。

ロータ２５には、ロータ２５を回転させるためのモータ（図示省略）が連結されている。このモータの電流値を制御することにより、粉砕された石炭の粒度を調節することができる。
ハンマ２４は、基端部がロータ２５に連結されロータ２５の外周面から放射状に延びるハンマアーム２４ａと、ハンマアーム２４ａの先端部に連結されたハンマヘッド２４ｂとから構成されている。
摩砕板２６は、複数のハンマ２４を包み込むように円弧状とされ、摩砕板２６の内周面には、摩砕、衝撃に有効な山形をした摩砕板ライナー２６ａが取り付けられている。また、摩砕板２６はシリンダー２７により水平方向（ロータ２５の水平軸と直交する方向）に移動可能とされ、ハンマ２４と摩砕板２６の間隔を調整できるようになっている。

モータを作動させてロータ２５を一方向に回転させ、投入口２１から石炭を投入すると、石炭は、ロータ２５の外周に設けられた多数のハンマ２４による打撃と摩砕板２６の摩砕板ライナー２６ａでの反撥衝撃により、ハンマ２４と摩砕板２６の間で繰り返し摩砕、衝撃作用を受けて効果的に粉砕され、排出口２２から排出される。

石炭粒度測定器１５、１６には、例えば光学式測定器を用いると良い。
石炭の粒度を光学的に測定する方法としては、搬送される粉砕前後の石炭を撮像して画像解析により石炭の粒度を測定する方法や、搬送される粉砕前後の石炭を採取（例えば自動採取）し、透過する光（例えばレーザー光）を用いて、液体中を落下する石炭の粒度を測定する方法などがある。

なお、測定する粒度とは、個々の石炭粒子の粒径を測定して粒径ごとに算出した含有量（質量％）を指す。あるいは簡略化して、特定の大きさの粒子の含有量（質量％）を指す（例えば３ｍｍアンダーが８５質量％等）ものとする。

次に、上記構成を有する石炭粉砕設備を用いて石炭を粉砕する方法について説明する。
（１）ＳＴＥＰ−１
ハンマ２４を回転させるモータの電流値をパラメータとして、粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係を、石炭粉砕機１０の入側及び出側に設置した石炭粒度測定器１５、１６の測定結果を用いて予め求めておく。
粉砕する石炭の粒度は、３ｍｍアンダーが２０〜７０質量％程度とする。

粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係の一例を図３に示す。同図は、石炭の粉砕操業に際し、事前に調査した結果であり、モータの電流値（Ｉγ＞Ｉβ＞Ｉα）に応じた粉砕前後の石炭粒度の相関関係を示している。なお、グラフの根拠となるプロット点は省略している。

（２）ＳＴＥＰ−２
石炭粉砕機１０の入側に設置した石炭粒度測定器１５を用いて粉砕前の石炭粒度を測定する。
（３）ＳＴＥＰ−３
目標粒度を決定する。
図３の例では、目標粒度を、３ｍｍアンダーが８９質量％としている。
目標粒度を決定する場合、粉砕後の石炭を用いてコークスを製造し、製造されたコークスの強度に応じて目標粒度を決定すると良い。

（４）ＳＴＥＰ−４
ＳＴＥＰ−２で求めた粉砕前の石炭粒度をＳＴＥＰ−１で求めた相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際のモータの目標電流値Ｉ０（Ａ）を決定する。
ＳＴＥＰ−１で求めた相関関係に目標粒度と粉砕前の石炭粒度をプロットし、モータの目標電流値Ｉ０（Ａ）を設定する。図３の例では、目標粒度（３ｍｍアンダーが８９質量％）となる粉砕前の石炭粒度（３ｍｍアンダーの質量割合）が４０質量％であれば、モータの目標電流値Ｉ０を電流値Ｉβとし、目標粒度となる粉砕前の石炭粒度が４８質量％であれば、モータの目標電流値Ｉ０を電流値Ｉαとする。

なお、目標粒度となる粉砕前の石炭粒度が４４質量％の場合、４０質量％と４８質量％の中間値であるため、例えば比例配分で電流値Ｉαと電流値Ｉβの中間値としてモータの目標電流値Ｉ０を定めると良い。あるいは、比例配分を用いず、モータの電流値を小刻みに設定して（例えば、電流値Ｉαと電流値Ｉβの２種ではなく、電流値Ｉαと電流値Ｉβの間に１０種の電流値）、最も近い電流値をモータの目標電流値Ｉ０としてもよい。

（５）ＳＴＥＰ−５
モータに流す電流値Ｉ１（Ａ）を目標電流値Ｉ０（Ａ）に設定して石炭を粉砕し、石炭粉砕機１０の出側に設置した石炭粒度測定器１６により、粉砕した石炭の粒度測定結果を得る。
図３の例では、目標粒度（３ｍｍアンダーが８９質量％）と粉砕前の石炭粒度（３ｍｍアンダーが４０質量％）よりモータに流す電流値Ｉ１を電流値Ｉβとして石炭を粉砕する。
モータに流す電流値Ｉ１によって粉砕された石炭の粒度は、モータを作動してから一定の時間（石炭が石炭粉砕機１０を通過する時間と粉砕後の石炭が出側の石炭粒度測定器１６に搬送される時間の和）を経た後、石炭粉砕機１０の出側の石炭粒度測定器１６によって得られる。

（６）ＳＴＥＰ−６
石炭粉砕機１０の出側に設置した石炭粒度測定器１６の測定結果と目標粒度との偏差に応じて電流値Ｉ１（Ａ）を補正する。
モータに流す電流値Ｉ１を電流値Ｉβとして粉砕した石炭の粒度測定結果が、目標粒度を下回った場合（図３の◆プロット）、粉砕前の石炭粒度を●プロットと見做し、粉砕前の石炭粒度●プロットを目標粒度に粉砕できるモータの電流値Ｉγ（▲を通過するグラフ）を選定し、電流値Ｉ１を電流値Ｉβから電流値Ｉγに補正する。

なお、上述した比例配分等の手順を用いて、モータの電流値Ｉγ（▲を通過するグラフ）を決定してもよい。
また、上述した例では、モータに流す電流値Ｉ１を電流値Ｉβから電流値Ｉγへ補正したが、電流値Ｉ１を電流値Ｉβと電流値Ｉγの中間値（例えば（Ｉβ＋Ｉγ）÷２）に変更し、再度上記手順により電流値Ｉ１の補正値を決定してもよい。

含有水分が内数で６〜１６質量％である石炭をフィーダ１２で切り出し、３ｍｍアンダーが８９質量％という目標粒度を設定し、上記手順を実施したところ、粉砕後の石炭の粒度は８６質量％〜９２質量％であった（以下、「実施例１」と呼ぶ。）。従来例よりも、粉砕する石炭の含有水分がばらついていたにもかかわらず、粉砕後の石炭粒度を改善することができた。

一方、粉砕した石炭の粒度測定結果が目標粒度を上回っている場合（例えば、粉砕した石炭の粒度が９０質量％）も、上記と同様の手順によりモータに流す電流値Ｉ１（Ａ）を補正すれば良い。

さらにまた、図３の例では、目標粒度を、３ｍｍアンダーが８９質量％としたが、目標粒度を数値範囲（例えば３ｍｍアンダーが８９質量％以上、あるいは３ｍｍアンダーが８７質量％以上９１質量％以下等）で設定してもよい。

［粉砕する石炭の含有水分について］
粉砕前後の石炭粒度の相関関係を用いて予め求めたモータの目標電流値が、含有水分の変動により増減する場合がある。
本発明者らは、水分を所定範囲に安定させると、粉砕後の石炭粒度のバラツキが抑制できることを見出した。本発明者らの知見では、前述した実施例１に対して、含有水分を内数で７〜１５質量％とすると、粉砕後の石炭粒度の実績値が８７〜９１質量％となり（以下、「実施例２」と呼ぶ。）、粉砕後の石炭粒度のバラツキが実施例１よりも改善された。なお、含有水分は内数で９〜１２質量％であればなお良い。

［粉砕する石炭を石炭粉砕機へ供給する手段について］
石炭粉砕機１０のモータ電流値が一定の場合、石炭粉砕機１０へ供給する石炭量が変動すると、粉砕後の石炭の粒度が変動する。そのため、本実施の形態では、フィーダ１２で切り出された石炭を石炭粉砕機１０に供給するようにしている。

石炭粉砕機へ供給する石炭量の変動に応じて石炭粉砕機のモータ電流値を変動させるようにしても、粉砕後の石炭粒度のバラツキを抑制できる可能性があるが、石炭量が短時間で変動する場合があるため現実的ではない。
例えば、コンベアＡで石炭を搬送し、コンベアＡの終端で、落下する石炭にダンパーを作用させて一定量の石炭を取り出してコンベアＢに載置して石炭粉砕機Ｂへ供給すると共に、残部をコンベアＣに載置して石炭粉砕機Ｃへ供給する方法が考えられる。
しかし、この方法では、石炭に含まれる水分に応じて、ダンパーによって取り出される石炭量及び残部の石炭量が変動する。また、ダンパーによって取り出された石炭がコンベアＢに載置される際に、コンベアＢに積まれる石炭の高さに変動が発生する場合があり、コンベアによって石炭粉砕機に供給される石炭量が変動する原因ともなる。

本発明者らの知見では、含有水分が１０質量％である実施例１の石炭を粉砕する際、フィーダを用いて石炭を切り出した場合、３ｍｍアンダーの石炭は概ね目標粒度通りの８９質量％（８８．５〜８９．５質量％の範囲）であったのに対し、ダンパーによる石炭の切り出しを行った場合、８８〜９０質量％程度となった。従来例よりも粉砕後の石炭粒度のバラツキは改善されたが、フィーダによる切り出しに比べて粉砕後の石炭粒度のバラツキ改善効果は劣るものであった。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば上記実施の形態におけるＳＴＥＰ−１〜３の順序は固定ではなく、自由に変更して良い。

１０：石炭粉砕機、１１：ホッパ、１２：フィーダ、１３、１４：コンベア、１５、１６：石炭粒度測定器、２１：投入口、２２：排出口、２３：ケーシング、２４：ハンマ、２４ａ：ハンマアーム、２４ｂ：ハンマヘッド、２５：ロータ、２６：摩砕板、２６ａ：摩砕板ライナー、２７：シリンダー

Claims (3)

1. ケーシング内を回転するハンマの打撃を利用して石炭を粉砕する石炭粉砕機の入側と出側にそれぞれ石炭粒度測定器を設置し、
   前記ハンマを回転させるモータの電流値をパラメータとして、粉砕前の石炭粒度と粉砕後の石炭粒度との相関関係を、前記石炭粉砕機の入側及び出側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果を用いて予め求めておき、
   前記石炭粉砕機の入側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果を前記相関関係に適用して、粉砕後の石炭粒度が目標粒度となる際の前記モータの目標電流値Ｉ０（Ａ）を決定し、前記モータに流す電流値Ｉ１（Ａ）を前記目標電流値Ｉ０（Ａ）に設定して石炭を粉砕した後、前記石炭粉砕機の出側に設置した前記石炭粒度測定器の測定結果と前記目標粒度との偏差に応じて前記電流値Ｉ１（Ａ）を補正することを特徴とする石炭粉砕方法。
2. 請求項１記載の石炭粉砕方法において、粉砕する石炭に含まれる水分は、内数で７〜１５質量％であることを特徴とする石炭粉砕方法。
3. 請求項１又は２記載の石炭粉砕方法において、粉砕する石炭は、ホッパに貯蔵され、フィーダにより切り出されたものであることを特徴とする石炭粉砕方法。

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