JP5140665B2 - 石炭コークス化プロセスのために石炭を圧縮する方法および器具。 - Google Patents

Description

本開示は、石炭からコークスを作る方法および器具、特にノン・リカバリー型のコークス炉に装入する石炭を圧縮する改良された方法および器具に関連する。

発明の背景および概略

コークスは、鋼鉄を製造する際に鉄鉱石を溶解し減少させるために使用される固形の炭素燃料でありまた炭素源である。鉄作りの過程で、鉄鉱石、コークス、熱風、および石灰岩あるいは融剤が溶鉱炉に加えられる。この熱風は、鉄に混ざる酸化鉄の量を減少させるための熱および炭素源を供給する、コークスの燃焼の原因となる。スラグと呼ばれる酸性不純物と反応しそれらを溶融鉄から除去するために、石灰岩あるいはその他の融剤が加えられることもある。石灰岩と不純物の反応物質が溶融鉄の上面に浮かび上がり、取り除かれる。

「トンプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）コークス化プロセス」として知られるプロセスにおいて、上述のように、金属鉱石の生成に使用されるコークスは、粉砕された石炭を、密閉され、厳しく管理された大気条件下でかなりの高温に２４時間から４８時間加熱された炉にバッチフィードすることによって生成される。コークス炉は、石炭を冶金コークスに変化させるために、長年にわたって使用されている。コークス化プロセス中、細かく砕かれた石炭が管理された温度条件下で加熱されて、石炭が液化され、また所定の孔隙率および強度を有する溶融塊が得られる。コークスの生成はバッチプロセスであるため、複数のコークス炉が同時に作動される。以後これを「コークス炉バッテリー」と称する。

コークス化のサイクルの最後に、完成したコークスが炉から取り出され、水で急冷される。冷却されたコークスは検査を受け、出荷または後に使用するために鉄道車両あるいはトラックに積み込まれるか、または鉄の溶解炉に直接送られる。

加熱のプロセス中に石炭粒子によって起こる溶解および融合プロセスは、コークス化のプロセスの中で最も重要な部分である。溶解の度合いおよび石炭粒子が融解された塊に同一化する度合いは、生産されるコークスの質を決定する。ある種の石炭または配合炭から最も強力なコークスを生成するため、石炭中の活性物質と不活性物質の間に最適な比率がある。コークスの多孔性および強度は鉱石精製の過程で重要となり、これらは石炭源および／またはコークス化の方法によって決定される。

石炭粒子あるいは配合炭粒子は所定のスケジュールで加熱炉に入れられ、結果として得られるコークスから揮発性物質を取り除くため、炉の中で所定の時間にわたって石炭が加熱される。このコークス化プロセスは、炉のデザイン、石炭の種類、および使用される転換温度に大きく依存している。コークス化のプロセス中、毎回添加される石炭がほぼ同じ時間をかけてコークス化されるように炉が調整される。石炭がコークス化されると、そのコークスは炉から取り出され、その着火温度以下になるまで、水で急冷される。この急冷作業もまた、コークスが湿気を吸収しすぎないように、注意深く管理されなくてはならない。冷却されたら、コークスは検査され、輸送のため鉄道車両あるいはトラックに積み込まれる。

石炭は加熱された炉に装入されるため、石炭の装入プロセスのほとんどは自動化されている。スロットタイプの炉では、石炭は一般に炉の上部のスロットまたは開口口から添加される。このような炉は背が高く幅が狭い傾向がある。最近では、コークスの生成に、水平ノン・リカバリータイプあるいは熱リカバリータイプのコークス炉が使用されている。水平炉は、例えばトンプソンの、特許文献１および特許文献２に記載されている。ノン・リカバリータイプあるいは熱リカバリータイプのコークス炉では、石炭粒子を炉まで水平に運ぶためにコンベアが使用され、高さ約１０１ｃｍ、長さ約１３．７ｍ、幅約３．６ｍの細長い石炭層が得られる。

冶金石炭の形成に適した石炭源が減少するのに伴い、弱い石炭あるいは非コークス用炭とコークス用炭とを混ぜて、炉に装入するのに適した石炭を提供する試みがなされてきた。圧縮された石炭の使用もこの試みの一つである。このような石炭は炉の中に装入される前、あるいは装入された後に圧縮される。石炭コンベアは、後に炉の中で圧縮される石炭粒子を炉に装入するのには適しているが、このようなコンベアは通常、前もって圧縮された石炭を炉に装入するのには適していない。低品質の石炭の有用性を高めるため、石炭は５０ｌｂ／ｆｔ^３に圧縮されているのが理想的である。配合炭中の低品質の石炭の割合が増えると、約６５ｌｂ／ｆｔ^３から７０ｌｂ／ｆｔ^３までの高レベルの石炭の圧縮が必要となることは良く知られている。

しかしながら、現在利用可能なプロセスは、細長い石炭挿入層の深さ全体を通してかさ密度が実質的に一定である、圧縮された石炭の装入には適していない。このようなプロセスはまた、複雑であり、時間もかかる。そこで、石炭を圧縮し、前もって圧縮された石炭をコークス炉に装入するための方法および器具が必要となる。また、冶金コークスの生成に使用される、圧縮された石炭の実質的に均一な層を得るために必要とされる時間を最小化する器具も必要となる。
米国特許第３，７８４，０３４号 米国特許第４，０６７，４６２号

前述の、またその他の必要性に基づき、本開示は、石炭粒子のかさ密度を増加させる比較的速度の速い方法、石炭粒子のかさ密度を増加させる器具、および冶金コークスを生成する方法を提供する。このような方法には、コークス炉外部のプレート型装入装置内に石炭粒子を堆積させて、プレート型装入装置上に上面を有する、圧縮されていない乾燥石炭の細長い層を得ることが含まれる。このプレート型装入装置は、側壁および少なくとも一つの可動端壁を有する。石炭を脱気しながら、圧縮されていない乾燥石炭の上面に衝撃圧力を加え、かさ密度が約９６０から約１２００ｋｇ／ｍ^３の圧縮乾燥炭層が生成される。

別の態様では、本開示の例示的な実施例において、石炭圧縮およびコークス炉への装入器具が提供される。当器具には、側壁、少なくとも一つの可動端壁、および圧縮された石炭をコークス炉まで移送するためのトランスファープレート移動メカニズムを有する炭層トランスファープレートが含まれる。石炭の圧縮には、石炭圧縮装置が提供される。この石炭圧縮装置には、トランスファープレート上に堆積された、圧縮されていない乾燥石炭層の上面に圧力を加えるための、加圧プレートが備えられている。圧縮プロセスの際に圧縮されていない石炭層の脱気のために真空源が使用され、かさ密度が約９６０から約１２００ｋｇ／ｍ^３の圧縮乾燥炭層が得られる。

また別の態様では、本開示の例示的実施例により、比較的低品質の石炭源を使用した、水平ノン・リカバリー型コークス炉の操作方法が提供される。この方法には、トランスファープレート装置に石炭粒子を堆積して、圧縮されていない石炭層を得ることが含まれる。このトランスファープレート装置は、移送可能なヘラ、側壁、および少なくとも一つの可動端壁を備えている。炭層の脱気をしながら、圧縮されていない炭層の上面に圧力が加えられ、かさ密度が約９６０から約１２００ｋｇ／ｍ^３の圧縮乾燥炭層が得られる。圧縮された石炭を含んだヘラはコークス炉まで移送され、コークス炉内の圧縮された石炭を留保したままで、ヘラだけコークス炉から取り出される。次にコークス炉内の圧縮された石炭にコークス化プロセスが行われる。

本明細書に記載の方法および器具は、コークス化の作用に、比較的短時間で石炭のかさ密度を比較的高めることを含む、独特の利点をもたらす。当該の方法および器具のもう一つの利点は、石炭を圧縮し、圧縮された石炭をコークス炉に移送するために、比較的単純な機械装置を使用することができることである。さらなる利点は、結果として得られる炭層が、実質的に、その深さを通して一定の均一なかさ密度に圧縮されることである。

開示された実施例のさらなる利点は、例示的実施例の詳細な説明をノンスケールの図面と合わせて参照することにより明白である。以下のいくつかの図面を通し、同様のあるいは類似した成分は、同様のあるいは類似の参照文字によって表される。

好適な実施例の詳細な説明

以下により詳しく説明するように、石炭を圧縮してコークス炉１２に装入する、高速システム１０を図１の略平面図に例証する。このシステムには、可動石炭チャージングカー装置１４、石炭チャージングカーを充填するための石炭充填器具１６、および石炭チャージングカー装置１４中で石炭を圧縮するための固定石炭圧縮器具１８が含まれる。システム１０は、水平ノン・リカバリー型コークス炉１２用の、深さ約７５ｃｍから約１２５ｃｍ、長さ約１０ｍから約１５ｍ、幅約２ｍから約５ｍの圧縮石炭層の生成に特に適している。

一般的な水平ノン・リカバリー型コークス炉バッテリーには、横に並んだ複数のコークス炉１２が含まれる。それぞれのコークス炉１２には、石炭を装入する端部２０と、その装入端２０の反対側にコークスの出口のある端部２２がある。石炭のコークス化サイクルは、コークス炉１２に装入される石炭の大きさにより、２４時間から４８時間、あるいはそれ以上かかることもある。コークス化サイクルの最後に、コークスが、炉１２．の装入端２０に隣接した位置にある押出しＲＡＭにより、炉１２から混銑車（ｈｏｔ ｃａｒ）に押出される。押出しＲＡＭはチャージングカー装置１４に含まれており、これにはまた炉１２からコークスを押出す前に装入端２０の炉のドアを取り除くための装置も含まれている。

図１に示されるように、チャージングカー装置１４は、充填される炉１２に隣接したレール２４上で、所定量の石炭をチャージングカー装置１４に充填するための充填ステーション２５、および圧縮器具１８を含んだ圧縮ステーション２７まで移動することができる。石炭充填器具１６はまた、レール２４に直交する高架されたレール２６上を、チャージングカー装置１４に沿って、また石炭充填器具１６に所定量の石炭を充填するための隣接した貯蔵容器２８までそれぞれ移動することができる。

次に図２から１２を参照し、システム１０の成分の様々な態様をより詳細に例証し、記述する。図２に見られるように、例証されたチャージングカー装置１４にはメインサポートフレーム３０、移送可能な石炭トランスファープレートまたはヘラ３２、トランスファープレートのサポートフレーム３３、およびトランスファープレート３２の高さを石炭が装入された炉１２炉床と比較して決定するための、フレーム３０に接続されている高さ調整メカニズム３４などが含まれる。この高さ調整メカニズム３４はまた、以下により詳細に説明されるように、石炭の圧縮ステップ中の衝撃によるショックを吸収するため、固定支柱までトランスファープレート３２を下げるためにも使用される。

高さ調整メカニズム３４には、転がり軸受け４０を含むベアリングレール３８を上げ下げするための一つ以上のアクチュエータ３６、あるいはトランスファープレート３２の可変動作のためのスライド式プレートが含まれる。アクチュエータ３６は、ウォームギア、チェーンドライブ、油圧シリンダーなどのような広範囲にわたるメカニズムのなかから選択される。油圧シリンダーアクチュエータ３６は、特に本明細書に記載の高さ調整メカニズム３４中での使用に適している。

トランスファープレート３２の上げ下げのための高さ調整メカニズム３４の一部の詳細は、図３および４に提供されている。図３は、高さ調整メカニズム３４がフレーム３０に接続されているチャージングカー装置１４の端面図、また図４は高さ調整メカニズム３４の拡大側面図である。アクチュエータ３６は、フレーム３０および車輪４２を支える第一のピボットアーム４４に接続されている。第一のピボットアーム４４は、ロッド４５あるいはその他の硬くて柔軟性のない連結装置により、連接ロッド４５の作用によって第一のピボットアーム４４と連動する、遠位のピボットアーム４６（図４）に機械的に接続されている。第一のピボットアーム４４および遠位のピボットアーム４６はそれぞれ、フレーム３０に、ピボットによって連結されている。

アクチュエータ３６を起動した後、ピボットアーム４４および４６は、トランスファープレート３２を支えるレール３８の上げ下げによって上げ下げされる。車輪４２は、充填される炉１２に対し、チャージングカー装置１４を適切な位置に置くため、必要に応じてレール３８およびトランスファープレート３２を炉１２に近づけたり遠ざけたりする動きを可能にする。

炉の高さがレール２４の高さに対して不釣合いであるため、高さ調整メカニズム３４が使用され、石炭を装入する炉１２への移送可能な動きを得るため、トランスファープレート３２が望ましい高さに調整される。炉の高さの変化範囲は一般に１インチから５インチの間である。従って高さ調整メカニズム３４は、トランスファープレート３２の基準となる高さから１インチから５インチ以上の範囲の高さの変化に合わせてトランスファープレート３２を移動し維持することができなくてはならない。当然のことながら、特定の炉バッテリーに必要とされ得る高さの上昇は、約１インチから約５インチ以上になる。トランスファープレート３２，トランスファープレート３２の高さの調整に加え、ベアリングレール３８および転がり軸受け４０は、炉の充填のために炉１２に近づけたり、また他の炉構造をクリアーにしながらレール２４に沿ってチャージングカー装置を移動させるために炉から離されたりする。レール３８およびトランスファープレート３２を炉に近づけたり、炉から遠ざけたりするために、別のアクチュエータが使用されることもある。

チャージングカー装置１４のフレーム３０には、圧縮された石炭を装入する炉１２の石炭装入端２０を調整するするために、チャージングカー装置１４をレール２４に沿って位置づける、車輪５０が含まれる。車輪５０はまた、石炭挿入ステーション２５および下記に詳しく説明する石炭圧縮ステーション１８にチャージングカー装置１４を位置づけることも可能にする。

トランスファープレート３２の長さに沿って傾斜可能な側壁５２が存在する。この傾斜可能な側壁５２は、トランスファープレート３２およびそこに載せられた圧縮された石炭が炉１２中に移動される際、トランスファープレート３２上の圧縮された石炭から離れる側に回転される。傾斜可能な側壁５２を圧縮された石炭から離れる側に回転させることにより、側壁５２と圧縮された石炭の間の摩擦が低減される。

図５に示されるように、傾斜可能な側壁５２は、その第一の端５８が壁を支持する部材５４にピボットにより隣接しており、また圧縮された石炭との接触から開放されたり、あるいは図示されまた説明された動きに反してロックされることがある。ロッキングメカニズム６０Ａおよび６０Ｂは、傾斜可能な側壁５２と併せて使用され、石炭圧縮プロセス中に傾斜可能な側壁５２が動くことを防止する。ロッキングメカニズム６０Ａおよび６０Ｂにはそれぞれ、その第一の端６６に隣接したローラー６４と、その第二の端７０に隣接したアクチュエータメカニズム６８とを有するピボットアーム６２が含まれる。ロッキングメカニズム６０Ａは、第一のロックされていない位置に示され、またロッキングメカニズム６０Ｂは、図５の第二のロックされた位置に示される。

チャージングカー装置１４の少なくとも一つの端７６には、可動端壁７２、および図６により詳しく示されるようにＲＡＭヘッド装置７８の反対側に接続されたＲＡＭヘッド８０が含まれる。可動端壁７２およびＲＡＭヘッド８０を含んだバックストップ装置７８は、石炭および圧縮石炭をトランスファープレート３２上に堆積するために、下向きに回転される。図６に示されるようにバックストップ装置７８が上向きに回転した場合、トランスファープレート３２およびその上に載った圧縮された石炭７４は、装入されるために炉１２に移送される。

炉の装入ステップの間、ＲＡＭヘッド８０を含んだバックストップ装置７８（図７および８）は、圧縮された石炭７４が炉１２のなかに移動するように、アクチュエータ８２によって上向きに回転される。圧縮された石炭７４が炉１２に装入されると、バックストップ装置７８はアクチュエータ８２によって下向きに回転され、また、図９および１０に示されるように、トランスファープレート３２が炉１２から取り出される間、圧縮された石炭７４を炉１２に保持するため、ＲＡＭヘッド８０を圧縮された石炭７４に隣接した炉１２の中に入れるために、トロリーメカニズム８３によって炉の方向に動かされる。トランスファープレート３２か炉から取り出された後、バックストップ装置７８は上向きに回転され、その後トロリーメカニズム８３を使用して図６に示される位置まで動かされる。

トランスファープレート３２の反対側の端には、固定された、あるいは垂直方向に移動可能な端壁８４が含まれる。一つの実施例では端壁８４は、石炭充填器具１６（図１２）の望遠鏡式シュート９６をクリアーにするため、上下に調整される。調整可能な端壁８４の詳細は、図１１に例証されている。調整可能な端壁８４には、フレーム３３に接続した固定部分８５と、アクチュエータメカニズム８９によって上下することのできる可動部分８７がある。

トランスファープレート３２は、ベアリングレール３８（図２）に接続された転がり軸受け４０に沿ってトランスファープレート３２を動かすため、ヘビーデューティー高速チェーンおよびスプロケットシステム８６と、トランスファープレート３２の遠位端８８に接続されたチェーンとの組み合わせを使用して、炉１２の内外に移送される。石炭挿入作用の間、チェーンおよびスプロケットシステム８６は、トランスファープレート３２が炉から引き出された際に圧縮された石炭が炉の床表面に堆積されるように、トランスファープレート３２の一部を炉１２へ動かす。トランスファープレート３２の厚みは一般に約１．５インチから約３インチであり、望ましくは鋳鋼でできている。

その開示が本明細書に参照することによって組み込まれている、バークドール（Ｂａｒｋｄｏｌｌ）の米国特許第６，２９０，４９４号に記載された、圧縮された石炭を装入する装置とともに、本明細書に記載のチャージングカー装置１４には、トランスファープレート３２が炉１２の中に移動する際に、トランスファープレート３２と炉床との間に圧縮されていない石炭の絶縁層をもたらすための、圧縮されていない石炭室が任意的に含まれていることがある。圧縮されていない石炭層は、炉床の放射熱からトランスファープレート３２を絶縁し、またトランスファープレート３２を炉１２の内外に動かすための、比較的滑らかな水平面を提供する。圧縮された石炭７４およびトランスファープレート３２の重みは、圧縮されていない石炭を圧縮して、その密度を圧縮されていない石炭の密度以上に増加させるのに十分である。

次に図１２を参照し、チャージングカー装置１４を充填する石炭充填器具１６を例証する。石炭充填器具１６には、レール２６用の高架されたレール構造９０、そして、チャージングカー装置１４に所定量の石炭を実質的に均一に充填するためのレール２４に実質的に直角な方向に移動可能な秤量容器９２が含まれる。レール２６はまた、石炭充填器具１６を、秤量容器９２を所定量の石炭で再充填するための石炭貯蔵容器２８に隣接して位置づけることが可能である。クロスコンベア９４により、貯蔵容器２８から秤量容器９２への石炭の流れができる。秤量容器９２は、５０から６０トンの石炭粒子約を保持するのに十分なだけの大きさである。

チャージングカー装置１４を圧縮されていない石炭で実質的に均一に満たすため、秤量容器９２の吐出端９８上には、望遠鏡式シュートおよびレベリング装置９６が付けられている。Ａｓ秤量容器９２がチャージングカー装置１４の一端からチャージングカー装置１４のもう一端までレール２６沿いに横断するにつれて、石炭がチャージングカー装置１４中に量りいれられ、平滑化されて圧縮プロセス用の実質的に平らな表面が作られる。望遠鏡式シュートは、トランスファープレート３２の幅を横切る、石炭の「コウモリの翼のような形」を表すような輪郭を有している。「コウモリの翼のような形」とは、側壁５２に隣接した圧縮されていない石炭の深さが、トランスファープレート３２の幅の大部分を横切る石炭の深さよりも大きいことを意味する。

冶金コークスの形成に適した石炭は、一般に、少なくとも平均サイズの約８０％が、標準的ふるい分析法によって測定して、約３ｍｍ以下となるように粉砕される。圧縮されていない石炭はまた、約６から約１０重量パーセントの水分値と、かさ密度約６４０から約８００ｋｇ／ｍ^３を有している。トランスファープレート３２上に堆積するにつれ、圧縮されていない石炭は、一般的に約５０から６０容積パーセントが石炭粒子、また約４０から約５０容積パーセントが空隙である。

チャージングカー装置１４に所定量の石炭、一般的に約４５から約５５トンの石炭を充填した後、チャージングカー装置１４は石炭の圧縮のため、圧縮ステーション２７に移送される。圧縮ステーション２７には、チャージングカー１４（図１３から１５）内で石炭を迅速に圧縮するための圧縮器具１８が含まれる。圧縮器具１８には、トランスファープレート上の圧縮されていない炭層の長さと実質的に同じ長さの一枚のプレートである加圧プレート１００、あるいは圧縮されていない炭層の長さに及ぶ複数のプレートによって提供される加圧プレート１００が含まれている。加圧プレート１００は、圧縮ステーション２７の圧縮されていない石炭上まで下げられる。図１５に示されるように、圧縮プレート１００は、圧縮されていない石炭と同様のコウモリの翼のような形の輪郭を有している。

圧縮プロセス中に圧縮されていない石炭の脱気を行うために、圧縮されていない炭層の深さの約８０パーセントまで圧縮されていない炭層内に伸びでいる、複数の脱気プローブ１０２が圧縮プレート１００上に一定間隔で配置されている。適切なプローブ１０２は、公称直径約５ｃｍ、長さ約６０ｃｍの孔のあいたスクリーンパイプから得られる。これらのプローブは、圧縮されていない炭層を通して、互いに中心から中心まで１２０ｃｍの間隔をおいている。

プローブ１０２は、大気中に放出されるかもしれないし、あるいは図１４に示されるように、真空ポンプ１０４と吸塵システム１０６との気体流のコミュニケーションと接続されるかもしれない。圧縮プロセス中、圧縮されていない炭層から同伴空気を除去するため、真空ポンプ１０４はプローブ１０２上に約１８５から約２８０ｍｍ Ｈｇにわたる真空状態をつくる。圧縮プロセス中の気体の体積流量は、毎分約５０ｍ^３から毎分約８５ｍ^３の範囲内である。圧縮プロセス中に石炭を脱気するための短期間の真空源を提供するために、真空溜容器１０８が使用される。

炭層から集められたガスは、矢印１１２に示されるように導管１１０を通って吸塵システム１０６に流れる。浄化された排ガスは、矢印１１４に示されるように、真空ポンプ１０４から大気へと流れる。

圧縮プロセス中に真空ポンプ１０４および吸塵システム１０６を使用する利点は、圧縮プロセス中に形成される塵が、大気中に放出されるのではなく、吸塵システム１０６に集められることにある。圧縮プロセス中に真空ポンプ１０４を使用するもう一つの利点は、石炭の含水量が減少され、それによって石炭のコークス化に要されるエネルギーが少なくなることである。

圧縮器具１８のもう一つの成分は、石炭をより迅速に圧縮する加圧プレート１００に衝撃圧力を加えるのに効果的な、一つ以上のパイルドライバー装置１１６である。炭層は圧縮プロセス中に脱気されるため、目的とするかさ密度まで石炭を圧縮するには、パイルドライバー装置１１６には、石炭１ｋｇにつき約２から約３．５ｋｇｆ・ｍを加えることのみが必要とされる。先行技術の石炭圧縮では一般に、石炭に同様に高いかさ密度を得るためには、石炭１ｋｇにつき約３．５ｋｇｆ・ｍ以上が必要とされる。

車輪５０およびレール２４を通して伝達する衝撃波を低減するため、圧縮域２７にチャージングカー装置１４を支持する支柱１１８が提供される。従って、チャージングカー装置１４のフレーム３３（図３）が車輪５０およびフレーム３０ではなく、主に支柱１１８によって支えられるように、高さ調整メカニズム３４が、チャージングカー装置１４を約２から約６ｃｍ下げるように作動される。

上述の圧縮器具１８は、約３分以内で深い石炭層を圧縮するのに十分であるかもしれないし、例えば約１５秒などと、約３０秒以内で深い石炭層を圧縮するのに十分であるかもしれない。「深い層」とは、圧縮されていない炭層の深さが、約１３５から約１４５ｃｍあることを意味する。本明細書に記載の圧縮器具１８は、炭層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。先行技術の圧縮プロセスでは、一般に炭層の深さを通して不均一に圧縮された石炭が得られる。

チャージングカー１４に約５２トンの石炭を充填し、石炭を目標とするかさ密度約１０４０ｋｇ／ｍ^３に圧縮する一般的なサイクルにかかる時間を下記の表に示す。

この例に挙げられた量の圧縮されていない石炭と目的とするかさ密度について、上述の衝撃および脱気システムを使用した石炭の充填および圧縮のプロセス全体が約３分以内で達成することがわかる。

以下の例では、上述のプローブ１０２を使用して炭層から空気を放出しながら、圧縮されていない炭層に複数回衝撃を与えた後に、結果として得られる圧縮された石炭の深さおよびかさ密度を測定するため、１３トンの石炭に圧縮試験が行われた。まず深さ１２９ｃｍの圧縮されていない炭層を、深さ３６５ｃｍの四角い箱に入れた。各１３，８００ｋｇ−ｍの衝撃を複数回加えた。加圧プレート１００およびパイルドライバーは、合計で２３トンの重さがあった。結果を以下の表および図１６に表す。

上述の記載では、コンベアベルト、電気部品、その他を除いた器具全体が鋳鋼または鍛鋼で作られている。従って、頑丈な器具を構築することが可能であり、コークス炉の環境に適した、比較的長持ちする器具が得られる。

上述の器具および方法により、冶金コークスの生成により安価の石炭を使用することが可能となり、それにより、コークスの全体としての値段が下げられる。特定の石炭源や達成する圧縮レベルによって、本発明に基づいて作られた圧縮された装入炭には、約８０重量％までの非コークス用炭用炭が含まれ得る。本発明の器具により生成されたコークスの量は、圧縮プロセスの結果、３０から４０トンから、約４５から約５５トンまで増加される。装入炭の高さ、幅、および深さなど、装入炭のより一貫した物理的パラメータもまた、本発明に基づいた器具および方法の利点である。

開示された実施例に修正および／または変更がなされることは予期されたことであり、また当技術分野に精通した技術者には前述の記述およびそれに伴う図面から明白なことである。従って、前述の記述およびそれに伴う図面は単に例示的実施例の例証であり、それらに限定することを意図したものではなく、また本開示の真の精神および範囲は添付の請求項を参照して決定されることが、明確に意図されている。

チャージングカー、石炭充填ステーション、および本開示の実施例に基づいたコークス炉バッテリー用の圧縮ステーションなどの、ノンスケールの略平面図； 本開示の実施例に基づいたチャージングカー装置の、ノンスケールの側面図； 本開示の実施例に基づいたチャージングカー装置の、ノンスケールの端面図； 開示の実施例に基づいた高さ調整メカニズムの、ノンスケールの拡大側面図； 本開示の実施例に基づいたチャージングカーの、ノンスケールの断面立面図； 本開示の実施例に基づいた、石炭装入用のチャージングカーの、ノンスケールの側面図； 本開示の実施例に基づいたバックストップおよびＲＡＭ装置の、ノンスケールの斜視図； 本開示の実施例に基づいた、石炭装入用のチャージングカーの一部の、ノンスケールの側面図； 本開示に基づいた、チャージングカー装置の調整可能な端壁の、ノンスケールの斜視図； 本開示の実施例に基づいた石炭充填ステーションの、ノンスケールの側面図； 本開示の実施例に基づいた、石炭圧縮ステーションの、ノンスケールの側面図； 図１１の石炭圧縮ステーションの真空ポンプおよび集塵システムの概略図； 図１３の石炭圧縮ステーションの一部の、ノンスケールの端面図；また 開示された実施例の方法および器具を用いて圧縮された石炭の、かさ密度対衝撃エネルギーの図解である。

Claims (20)

1. コークス炉にくべるための圧縮された乾燥石炭の細長い層を提供するために石炭粒子のかさ密度を増加させる、比較的高速な方法であり：
   - コークス炉外部の、側壁および少なくとも一つの可動端壁を有するプレート型装入装置に石炭粒子を堆積して、プレート型装入装置上に上面を有する圧縮されていない乾燥石炭の細長い層を提供すること、および
   - 石炭を脱気しながら圧縮されていない乾燥石炭の上面に衝撃圧力を加えて、かさ密度が９６０から１２００ｋｇ／ｍ³の圧縮乾燥炭層を提供すること
   を含んで成り、石炭の脱気が、圧縮されていない炭層に装入された一つ以上のプローブに真空源を適用し、圧縮されていない炭層に挿入された一つ以上のプローブから空気を放出することによって行われる、ことを特徴とする方法。
2. 脱気ステップの間に、真空源により圧縮されていない炭層が１８５ｍｍＨｇから２８０ｍｍＨｇの真空になる、請求項１に記載の方法。
3. 石炭粒子のかさ密度が、最初の６４０から８００ｋｇ／ｍ ³ から、９６０から１２００ｋｇ／ｍ ³ まで、３分以下で圧縮される、請求項１に記載の方法。
4. 衝撃圧力が、石炭１ｋｇにつき２から３.５ｋｇｆ・ｍである、請求項１に記載の方法。
5. 炭層の上面に１回から５回の衝撃を与えることをさらに含んで成る、請求項１に記載の方法。
6. 石炭から冶金コークスを生成する方法であり、請求項１に記載の方法によって作られた圧縮された乾燥炭層をコークス炉に装入し、そして該石炭を減圧下のある温度である期間加熱して冶金コークスを得ることを含んで成る方法。
7. 請求項６に記載の方法で作られた冶金コークス。
8. 石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具であり：
   - 側壁、少なくとも一つの可動端壁、および圧縮された石炭をコークス炉内に移送するためのトランスファープレート移動メカニズムを有するトランスファープレートを含んで成る炭層を装入するチャージングカー；および
   - トランスファープレート上に堆積した石炭の圧縮されていない乾燥炭層の上面に圧力をかけるための加圧プレートと、圧縮されていない石炭層を脱気して、かさ密度が９６０から１２００ｋｇ／ｍ³の圧縮乾燥炭層を得るための、圧縮されていない炭層に挿入された一つ以上のプローブに適用された真空源とを含んで成る石炭圧縮装置
   を含んで成る器具。
9. 石炭圧縮装置が、加圧プレートに断続的な衝撃力を加えるためのＲＡＭをさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具。
10. 圧縮プロセス中に圧縮されていない石炭層を脱気するための加圧プレートに接続した孔のあいたプローブをさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具。
11. 圧縮プロセス中にチャージングカーを支持するための支柱をさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具。
12. コークス炉からトランスファープレートを取り出す際にコークス炉内に圧縮された石炭を保持するための少なくとも一つの可動端壁に隣接する、バックストップ装置をさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具。
13. チャージングカーが、コークス炉に圧縮された石炭を装入するプロセス中にトランスファープレートの高さを調節するための、高さ調節メカニズムをさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具。
14. チャージングカーの中に圧縮されていない石炭を堆積させるために、石炭を堆積し水平化させる装置をさらに含んで成る、請求項８に記載の、石炭を圧縮し、コークス炉に装入する器具であり、当該の石炭を堆積し水平化させる装置は、望遠鏡式シュートと、チャージングカーに所定の量の石炭を堆積し、またトランスファープレート上の圧縮されていない石炭を平らにするためのシュートと連通している、石炭の重量測定容器とを含んで成る。
15. 比較的低品質の石炭源を使用した水平ノン・リカバリー型コークス炉の作動方法であり：
    - 移送可能なヘラ、側壁、および少なくとも一つの可動端壁を有するトランスファープレート上に石炭粒子を堆積させて、圧縮されていない石炭層を得ること；
    - 炭層の脱気をしながら圧縮されていない炭層上面に圧力をかけ、かさ密度が９６０から１２００ｋｇ／ｍ³の圧縮乾燥炭層を得ること；
    - 圧縮された石炭を含有したヘラをコークス炉内に移送すること；
    - 圧縮された石炭をコークス炉内に留保したまま、ヘラをコークス炉から取り出すこと；
    および
    - コークス炉内で圧縮された石炭にコークス化プロセスを行うこと
    などのステップを含んで成り、石炭の脱気が、圧縮されていない炭層に挿入された一つ以上のプローブに真空源を適用し、圧縮されていない炭層に挿入された一つ以上のプローブから空気を放出することによって行われる、ことを特徴とする方法。
16. 脱気のプロセスが、炭層を真空化することを含んで成る、請求項１５に記載の方法。
17. 炭層の真空化が、１８５ｍｍ Ｈｇから２８０ｍｍ Ｈｇの真空度を生成する真空源によって行われる、請求項１６に記載の方法。
18. 石炭１ｋｇにつき２から３.５ｋｇｆ・ｍまでの衝撃エネルギーを用いて圧縮されていない炭層の上面に圧力が加えられている、請求項１５に記載の方法。
19. 石炭粒子のかさ密度が、３分以下で最初の６４０から８００ｋｇ／ｍ ³ から９６０から１２００ｋｇ／ｍ ³ に圧縮されている、請求項１５に記載の方法。
20. 圧縮されていない炭層の上面に圧力をかけるステップが、圧縮されていない炭層の上面と接触している加圧プレートに与えた１回から５回の衝撃で、圧縮されていない炭層に影響を及ぼすことを含んで成る、請求項１５に記載の方法。

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