JP6449007B2 - 成型炭装入装置 - Google Patents

Description

本発明は、予め成型された石炭（成型炭）をコークス炉の炭化室に装入するために石炭装入車に設置された石炭装入装置（成型炭装入装置）に関するものである。

一般に、コークス炉の炭化室への石炭の装入は、石炭装入車に設置した石炭装入装置（貯蔵ホッパー、テーブルフィーダー）を用いて行っている（例えば、特許文献１、２）。

具体的には、石炭装入車に載置された複数の貯蔵ホッパーに石炭を一旦貯蔵し、それぞれの貯蔵ホッパーに貯蔵された石炭を、その貯蔵ホッパーの下部に設けたテーブルフィーダーを回転させることによって切り出して、コークス炉の炭化室に装入している。

図１は、上記のような従来の石炭装入装置の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、従来の石炭装入装置１０は、石炭を貯蔵する貯蔵ホッパー１１（円筒部１１ａ、円錐台筒部１１ｂ）と、貯蔵ホッパー１１の底部に設置されたテーブルフィーダー１２（テーブル１２ａ、回転軸１４）と、貯蔵ホッパー１１の円錐台筒部１１ｂの側面に設けられた排出口１５と、排出口１５の下方に設置された装入シュート１９を備えている。

これによって、貯蔵ホッパー１１に貯蔵された石炭は、テーブルフィーダー１２の回転（回転方向１３）によって、所定量が排出口１５から排出され、装入シュート１９を経由して、炭化室の上部に設けられている装入口から炭化室に装入される。

この際の石炭の装入量の管理は、コークス炉の操炉サイクル等を所定の時間内に維持して、操業を安定化するために重要である。

例えば、いずれかの石炭装入装置のテーブルフィーダーの切り出し量（装入量）が低下した場合、炭化室の装入口ごとの石炭装入時間が変動して、それによる全体の石炭装入時間の延長やコークス炉の操炉サイクルの変動が生じ、コークス品質、乾留熱量コスト、コークス生産性等に悪い影響を与える。

これに対して、特許文献３では、貯留容器に一時的に貯留された粉状固形物をフィーダーで切り出す際に発生するトラブルの対策について、各種の手法が提案されている。

一方、高炉に装入する製鉄原料について、高炉内で望ましい反応を発現させるための配合や形状にさまざまな提案がなされており、特許文献４のように、ペレット化した原料や、特許文献５、６のように、強度と空隙率を両立するためにペレット化やブリケット成型した原料が用いられることがある。

そのため、予めブリケット成型された石炭（成型炭）をコークス炉に装入して、コークスを製造することが行われている。

特開平５−１５６２５９号公報 特開平１０−２４５５６４号公報 特開２００４−３１５１３５号公報 特開２００７−７７４８４号公報 特開２０１１−８９００１号公報 特開平９−２９１３０４号公報

しかし、ブリケット成型された石炭（成型炭）は、形状が回転楕円体や直方体や立方体といった非球形であるので、成型炭同士のかみ合いが発生しやすく、流動性が悪い。

そのため、特許文献１、２に記載のような、図１に示した従来の石炭装入装置を用いて、貯蔵ホッパーから成型炭をテーブルフィーダーで切り出した場合、閉塞が発生しやすく、切り出し量が低下する。

一方、特許文献３で提案されるようなフィーダー安定操業のための手法は、主に粉体を対象にしたものであり、成型炭には適切に対応できない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、石炭装入車からコークス炉の炭化室へ成型炭を装入する際に、安定して成型炭を装入することができる成型炭装入装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］石炭装入車からコークス炉の炭化室に成型炭を装入するために用いる成型炭装入装置であって、成型炭を貯蔵する貯蔵ホッパーと、貯蔵ホッパーの底部に設置されたテーブルフィーダーと、貯蔵ホッパーの側面に設けられた排出口を備えているとともに、前記テーブルフィーダーのテーブルの上面にテーブルの回転軸から放射状に延びるように設置されたライナと、前記テーブルの回転方向にみて前記排出口の円周方向後端部と前記回転軸の間に設置された邪魔板とを有していることを特徴とする成型炭装入装置。

［２］前記邪魔板の高さｈは、成型炭の短軸長さｄに対して、ｈ＞３ｄの関係を満たすことを特徴とする前記［１］に記載の成型炭装入装置。

［３］前記邪魔板と前記回転軸との隙間の大きさＤは、成型炭の短軸長さｄに対して、Ｄ≦０．５ｄの関係を満たすことを特徴とする前記［１］または［２］に記載の成型炭装入装置。

［４］前記邪魔板の排出口側の端部と回転軸側の端部を結んだ線が、前記回転軸の接線方向になっていることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の成型炭装入装置。

［５］邪魔板の排出口側端部が前記排出口の円周方向後端部に直接接続していることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の成型炭装入装置。

本発明においては、石炭装入車からコークス炉の炭化室へ成型炭を装入する際に、安定して成型炭を装入することができる。

従来の石炭装入装置を示す図である。 本発明の実施形態の比較対象とした成型炭装入装置を示す図である。 本発明の実施形態１に係る成型炭装入装置を示す図である。 本発明の実施形態２に係る成型炭装入装置を示す図である。 本発明の実施形態３に係る成型炭装入装置を示す図である。 本発明の実施形態４に係る成型炭装入装置を示す図である。 成型炭の長軸長さと短軸長さを示す図である。 本発明の実施例において切り出し量を比較した図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、前述したように、成型炭は、形状が回転楕円体や直方体や立方体といった非球形であるので、成型炭同士のかみ合いが発生しやすく、流動性が悪い。

そのため、特許文献１、２に記載のような、図１に示した従来の石炭装入装置１０を用いて、貯蔵ホッパー１１から成型炭をテーブルフィーダー１２で切り出した場合、閉塞が発生しやすく、切り出し量が低下する。

それに加えて、成型炭を貯蔵ホッパー１１に貯蔵した際に粉化した粉化炭がテーブルフィーダー１２のテーブル１２ａの上面に層を形成し、その粉化炭の層が成型炭の移動を妨げてしまう。

そこで、本発明者らは、図２（ａ）に縦断面図、図２（ｂ）に上面図を示すように、成型炭装入装置１０Ｘとして、図１に示した従来の石炭装入装置１０に対して、テーブルフィーダー１２のテーブル１２ａの上面に、テーブル１２ａの回転軸１４から放射状に延びるように複数のライナ１８（高さＬｈ、幅Ｌｗ、長さＬｓ）を設置した。

しかしながら、ライナ１８による回転力は粉化炭のみに作用し、成型炭を移動させるには不十分であり、閉塞の発生を低減させるまでには至らなかった。

そこで、本発明者らでは、さらに検討を行った結果、排出口１５の近傍に邪魔板を設置することを着想して、本発明をなした。

以下に、本発明の実施形態（実施形態１〜４）を述べる。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る成型炭装入装置１０Ａを図３に示す。図３（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は上面図である。なお、図３（ａ）では、貯蔵ホッパー１１の円筒部１１ａは省略している。

図３に示すように、本発明の実施形態１に係る成型炭装入装置１０Ａは、図２に示した成型炭装入装置１０Ｘに対して、さらに、テーブル１２ａの回転方向１３にみて、排出口１５の円周方向後端部と回転軸１４の間に、邪魔板２０を設置したものである。なお、邪魔板２０はライナ１８とわずかな隙間を有して、貯蔵ホッパー１１の内壁に固定用連結部材（図示せず）を介して固定されている。

この邪魔板２０によって、排出口１５の近傍の成型炭に排出口１５の方向に向かって流れる整流効果が付与されるため、成型炭の流れが円滑になり、閉塞の発生が抑制される。

その際に、邪魔板２０の高さｈは、成型炭の短軸ｄに対して、ｈ＞３ｄの関係を満足するようにすることが好ましい。それによって、的確に成型炭に整流効果を付与することができるからである。

［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る成型炭装入装置１０Ｂを図４に示す。図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は上面図である。なお、図４（ａ）では、貯蔵ホッパー１１の円筒部１１ａは省略している。

図４に示すように、本発明の実施形態２に係る成型炭装入装置１０Ｂは、上記の実施形態１に係る成型炭装入装置１０Ａにおいて、邪魔板２０と回転軸１４との隙間２１の大きさＤを規定したものである。

邪魔板２０と回転軸１４との隙間２１の大きさＤが大き過ぎると、その隙間２１に成型炭が噛み込んでしまって、邪魔板２０による整流効果を低下させるので、隙間２１の大きさＤは、成型炭の短軸長さｄに対して、Ｄ＜ｄであることが好ましく、粉化による短軸長さｄの減少を考慮して、Ｄ≦０．５ｄであることがより好ましい。

なお、図３（ａ）のように、隙間２１の大きさＤが高さ方向で均一でない場合は、最大値をＤとすればよい。

［実施形態３］
本発明の実施形態３に係る成型炭装入装置１０Ｃを図５に示す。図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）は上面図である。なお、図５（ａ）では、貯蔵ホッパー１１の円筒部１１ａは省略している。

図５に示すように、本発明の実施形態３に係る成型炭装入装置１０Ｃでは、上記の実施形態１、２に係る成型炭装入装置１０Ａ、１０Ｂにおいて、邪魔板２０の排出口１５側の端部と回転軸１４側の端部を結んだ線が、回転軸１４の接線方向になっている。

これによって、回転軸１４から邪魔板２０への流線が滑らかになり、成型炭に対する邪魔板２０の整流効果がより大きくなる。

［実施形態４］
本発明の実施形態４に係る成型炭装入装置１０Ｄを図６に示す。図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は上面図である。なお、図６（ａ）では、貯蔵ホッパー１１の円筒部１１ａは省略している。

図６に示すように、本発明の実施形態４に係る成型炭装入装置１０Ｄでは、上記の実施形態１〜３に係る成型炭装入装置１０Ａ〜１０Ｃにおいて、邪魔板２０の排出口１５側の端部が排出口１５の円周方向後端部に直接接続している。

これによって、邪魔板２０から排出口１５への流線が確保され、成型炭に対する邪魔板２０の整流効果がより大きくなる。

ここで、上述した成型炭の短軸長さｄについて述べる。

図７は、代表的な形状の成型炭の長軸長さｃと短軸長さｄを示したものである。図７（ａ）は、長手方向断面が楕円形となる回転楕円体の場合であり、図７（ｂ）は、長手方向断面が長方形となる長方体の場合であり、図７（ｃ）は、長手方向断面が正方形となる立方体の場合である。

なお、上記のような代表的な形状の成型炭だけでなく、一般的な形状の成型炭、すなわち端部が丸みを帯び、三軸の各寸法（奥行き・厚み・高さ）が同一でない凸型立体も使用することができる。その際には、三軸の長さのうち最も短い長さを短軸ｄとして読み替えればよい。

このようにして、この実施形態１〜４においては、石炭装入車からコークス炉の炭化室へ成型炭を装入する際に、閉塞を抑止し、安定して成型炭を装入することができる。

本発明の効果を確認するために、石炭装入車からコークス炉の炭化室へ成型炭を装入する試験を行った。

その際に、本発明例１として、図３に示した本発明の実施形態１に係る成型炭装入装置１０Ａを用い、本発明例２、３として、図４に示した本発明の実施形態２に係る成型炭装入装置１０Ｂを用い、本発明例４として、図５に示した本発明の実施形態３に係る成型炭装入装置１０Ｃを用い、本発明例５として、図６に示した本発明の実施形態４に係る成型炭装入装置１０Ｄを用いた。

なお、本発明例２は、邪魔板２０と回転軸１４との隙間２１の大きさＤが、成型炭の短軸長さｄに対して、Ｄ≦０．５ｄを満足している場合であり、本発明例３は、Ｄ≦０．５ｄを満足していない場合である。

また、本発明例４は、邪魔板２０の排出口１５側の端部と回転軸１４側の端部を結んだ線が回転軸１４の接線方向になっていて、かつ、邪魔板２０の排出口１５側の端部が高さ方向全体で回転軸１４に接触している。

また、本発明例５は、本発明例４に加えて、邪魔板２０の排出口１５側の端部が排出口１５の円周方向後端部に直接接続している。

一方、比較例として、邪魔板２０が設置されていない、図２に示した成型炭装入装置１０Ｘを用いた。

表１に、試験に用いた成型炭の物性を示し、表２に、貯蔵ホッパー１１、ライナ１８、邪魔板２０等の諸元を示す。

そして、それぞれの試験条件で炭化室への成型炭の装入を行い、装入量（切り出し量）を比較した。その際、閉塞が生じた場合は切り出し量を０とし、閉塞が生じなかった場合は、切り出し速度が安定する切り出し開始後から１５ｓから３０ｓの間で切り出した成型炭の質量を測定し、その測定値を時間平均した値を切り出し量とした。本発明例５の切り出し量で正規化したものを図８に示す。

図８に示すように、比較例１では閉塞が発生し、切り出し量は０であったが、その条件のもとで、本発明例１〜５では閉塞が発生せず、切り出すことが可能であった。

また、本発明例２と本発明例３と比較すると、邪魔板２０と回転軸１４との隙間２１の大きさＤが、成型炭の短軸長さｄに対して、Ｄ≦０．５ｄを満足している本発明例２の方が、Ｄ≦０．５ｄを満足していない本発明例３に比べて、高い切り出し量となることが分かる。

さらに、本発明例４、５のように、成型炭の流線を整えることにより、より高い切り出し量が得られることが示された。

１０ 石炭装入装置
１０Ａ 成型炭装入装置
１０Ｂ 成型炭装入装置
１０Ｃ 成型炭装入装置
１０Ｄ 成型炭装入装置
１０Ｘ 成型炭装入装置
１１ 貯蔵ホッパー
１１ａ 貯蔵ホッパーの円筒部
１１ｂ 貯蔵ホッパーの円錐台筒部
１２ テーブルフィーダー
１２ａ テーブルフィーダーのテーブル
１３ テーブルの回転方向
１４ テーブルの回転軸
１５ 排出口
１８ ライナ
１９ 装入シュート
２０ 邪魔板
２１ 邪魔板と回転軸間の隙間
ｃ 成型炭の長軸長さ
ｄ 成型炭の短軸長さ
Ｄ 邪魔板と回転軸間の距離
Ｈａ 貯蔵ホッパーの円筒部の直径
Ｈｂ 貯蔵ホッパーの円錐台筒部の底面の直径
Ｈｃ 貯蔵ホッパーの円筒部の高さ
Ｈｄ 貯蔵ホッパーの円錐台筒部の高さ
ｈ 邪魔板の高さ
Ｊ テーブルフィーダーの回転軸の高さ
Ｋａ 排出口の高さ
Ｋｂ 排出口の幅
Ｌｈ ライナの高さ
Ｌｗ ライナの幅
Ｌｓ ライナの長さ
ω 切り出し速度

Claims (3)

1. 石炭装入車からコークス炉の炭化室に成型炭を装入するために用いる成型炭装入装置であって、成型炭を貯蔵する貯蔵ホッパーと、貯蔵ホッパーの底部に設置されたテーブルフィーダーと、貯蔵ホッパーの側面に設けられた排出口を備えているとともに、前記テーブルフィーダーのテーブルの上面にテーブルの回転軸から放射状に延びるように設置されたライナと、前記テーブルの回転方向にみて前記排出口の円周方向後端部と前記回転軸の間に設置された邪魔板とを有し、
   前記邪魔板の高さｈは、成型炭の短軸長さｄに対して、ｈ＞３ｄの関係を満たし、
   前記邪魔板と前記回転軸との隙間の大きさＤは、成型炭の短軸長さｄに対して、０＜Ｄ≦０．５ｄの関係を満たすことを特徴とする成型炭装入装置。
2. 前記邪魔板の排出口側の端部と回転軸側の端部を結んだ線が、前記回転軸の接線方向になっていることを特徴とする請求項１に記載の成型炭装入装置。
3. 邪魔板の排出口側端部が前記排出口の円周方向後端部に直接接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成型炭装入装置。

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