JPS591596A - 成型炭の冷却乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は近来、特に製鉄業界において高炉用コークスの
原料として使用されている成型炭の冷却乾燥方法に関す
るもので、高温下で成型された水分を含む成型炭を経済
的、効果的に冷却と乾燥を同時に行う方法を提供するも
のである。

製鉄用コークスに混合使用する成型炭は強粘結炭の枯渇
問題に対応し、原料炭と配合し、もしくは単独で使用す
ることによシコークスの品質を維持しつつ強粘結炭と非
微粘結炭との代替を可能にするものである。

成型炭は軟化点３５℃以上の石炭系又は石油系バインダ
ーを成型炭用原料に添加し、バインダーの軟化点以上の
温度に加熱混練した後成型機によシ加圧成型され冷却さ
れる。この際加熱に供される熱源としては蒸気を直接成
型縦用原料に吹き込み蒸気のエンタルピーを用いている
のが普通であり、その結果成型炭用原料の水分は、３〜
４チ高くなる。

近年の数＋Ｔ／Ｈの能力をもつ成型機においては成型モ
ールドの形状がマセック型、ビロー型等類以し、１個当
りの成型炭重蓋は２０〜５０．９である。又加圧成型時
点における成型炭はバインダーの軟化点以上に加熱され
ておシ、軟かいものである。

従って、成型機直下の温度のまま取扱えば、成型後コー
クス炉に投入する迄の輸送、貯槽のハンドリングに耐え
得ず、粉化を生じ、成型次使用の効果を著しく損なう。

しかしながら、成型炭は連続で大量に生産される上に、
装入炭粒子に比較し比表面積が小さく内部熱移動速度の
律則を受ける事から冷却速度は遅くならざるを傅ない。

従って冷却にも長時間を要し、その上大規模な設備を要
する。しかし乍ら望ましい、冷却効果を奏する事が難し
いものであった。例えば連続的に冷却するとすれば長時
間を要し、極めて微速のコンベアーで輸送しつつ、冷却
する事となり、ある一定の層厚で夫施せざるを得ず層厚
が上がる程、均一で且つ効果的な冷却は困難なものとな
シ、逆に層厚を薄くすれば設備は膨大々ものとなる大き
な問題をかかえていた。

而して、従来は連続的かつ大葉に冷却する方法として次
の方法が用因られていた。

（１）長大、かつ巾広のコンベアーを用いて薄層に成型
炭を積み、その輸送速度を遅く保持し冷却する方法。

（２）上記（１）の条件に設定の上コンベアー上部にカ
バーを施して単に外部空気を吸引し冷却する方法０ （３）　　上記（１）（２）の設備が過大になる事を防
ぐべくコンベアー上に高層厚に成型炭を積み輸送速度を
遅く保持し輸送中に上部より散水冷却する方法。

（４）成型直後コンベアーの一部を水没して水冷する方
法。

（５）長大なコンベアー上にコンベアー進行方向に並行
でかつ成型炭の輸送中にはその積荷内に埋もれる位置に
空気の噴出孔を有する冷却管を設け、成型炭の輸送中に
その層内部より冷却する方法。

しかしながら、上記の諸方法には下記の様な欠点があっ
た。即ち、（１）の方法は放冷による冷却である事から
冷却効果を発揮せしめる為には設備が極めて膨大なもの
とカリ、（２）の方法にしても積荷成型層の表面をただ
単に冷却するだけで内部の成型炭は冷却されずただいた
ずらに風量を増しても（１）の結果と大差がなく、（３
）　（４）の方法は冷却はできるものの水冷であるが故
に成型炭に水分が付着吸収されコークス炉における消費
熱量の増加をまねき、エネルギー上好ましくない。又冷
却水中には粉炭が混入する事から水は汚泥化し、その処
理に設備を必要とする上に温水化した冷却水の冷却設備
を要す。（５）の方法は冷却用の配管を積荷内に埋もれ
させるべく設置する為、冷却前の軟い成型炭が冷却用配
管に衝突粉化するのを防ぎ得ない。更に層上積荷物の内
部に空気を噴出する為効果の及ぶ範囲が噴出点近傍と他
の点におして大差が生じる。従って（５）の方法によっ
て冷却効果を上げる為には、ある実施例においては３０
　Ｔ／Ｈ輸送する成型炭を空冷するのに２０（１０ｍ３
／分の冷却空気を必要とする等の多大な風量を必要とす
る。

以上の如く、従来の成型炭の冷却方法は種々の欠点を有
するものであった。さらには本来冷却とは不可分の関係
にある成型炭中の水分移動（蒸発）に視点をあて、成型
炭を冷却する際に放散する顕熱をその水分蒸発に有効利
用する真に効果的な冷却方法につい−〔は本発明の提案
を見る迄は従来見当るものはなかった口 本発明者等は上記問題点を解決する為に成型炭（５） 各個体の内部及び表面における熱移動（冷却）と水分移
動（蒸発）に着目し、その関係を解明すべく種々実験検
討を重ねた結果、成型炭特有の熱移動、水分移動の特性
を見出した。さらには両移動特性には極めて強い関係が
あり、熱源である成型炭に対し、被伝熱気体である空気
を一定の条件下で供給すれば、その両移動特性は同時に
高位に安定させしめられる事を発見した。

本発明は上記発見にもとづき、高温下で成型して得られ
た水分を含む成型炭を冷却し、その際に放散する顕熱の
ほとんどを成型炭中の水分を蒸発せしめるのに有効活用
する経済的効果の極めて大きな冷却乾燥方法を示しその
工業的実用化を図るものである。

その方法として結論を得るに到った実験的実施例をもと
に次に詳述する。

実験的実施例は第１図に示す強制通気装置を用いて空冷
乾燥を実施しだ。まずその装置と一連の実験方法につい
て第１図を参照しつつ説明する。

図中１は筒状のケースで成型炭を任意の層厚に（６） 入れる事が出来、通気を上下方向に行えるものでかつ簡
単に下部の冷却空気上昇筒５より取シ外して重量を測る
事が出来る構造とした。２は冷却吹込空気の量を測定す
る為の流量計で３，４は流量計内の圧力を一定に保ちつ
つその吹込空気量を調整するだめのバルブである。５は
吹込空気・上昇管で吹き込まれた空気は均一な上昇流速
分布を取るべく工夫したもので傾斜マノメーター６への
静圧取出し口を設けた。６の傾斜マノメーターは各空塔
速度時の成型炭種付通過時の圧力損失を測るためのもの
である。７は成型炭の温度を測定する為の温度計で層厚
に応じて高さ方向に数量を増して設けた。実生産ライン
の成型機で製造したばかりの高温で水分を含む成型炭を
筒状ケース１に任意の層厚に入れてまず重量を測定した
。次にあらかじめ任意の空塔速度に調整した吹込空気上
昇管５の上に乗せて空冷を行う。空塔速度の設定は流量
計２を見つつバルブ３，４の開度を調整して行った。し
かるに以上の要領で一定時間空冷しては筒状ケース１０
重量を測定して再び吹込空気上昇管５上に乗せて空冷を
行う作業を繰り返し、重量の減量（即ち水分蒸発量）が
限界にほぼ到達する迄実験を継続した。以上の実験継続
中は傾斜マノメーター６で圧力損失を、温度計７で成型
炭の温度をそれぞれ測定した。以上の実験を任意の成型
炭層厚に任意の空塔速度を組み合わせて種々条件を作り
出し、成型炭の冷却乾燥試験を行った。その結果を第２
図、第３図、第４図に、成型炭の各種条件を表１に示す
。

第　　　　１　　　　表 第２．第３図は成型炭層厚を３００ｍに固定して、空塔
速度を変化した時の成型炭の水分低下率と温度降下の経
時変化をそれぞれ示したものである。

尚ここで言う空塔速度とは吹込空気量（２０℃相当）を
上昇管５の断面積で除した数値（単位はｍ　／　Ｓ　）
である。ちなみに上昇管５の内径と筒状ケース１の内径
は同一に作成した。又、各曲線に付した数字は空冷経過
時間（分）を示し、その曲線が該経過時間の特性である
事を示したものでおる。

Ｍ２図よシ刊る様に成型炭の水分低下率は空塔速度０．
１５ｍ／８程匿迄Ｃ牙は直線的に上昇し、以後上昇率は
暫減し０．５　ｍ／　Ｓ以上においては空塔速度を増し
ても全く、水分低下率は上昇しない。先の空塔速度０．
１５ｍ／８迄の直線的変化は風速の小さい域では表面に
おける水蒸気の拡散速度が成型炭内部の水分移動速度よ
シも小さい事を明確に示している。

即ちこの域では風速を増せば水蒸気の拡散速度は直線的
に増加し、ついには成型炭内部の水分移動速度の影響を
受けるか、もしくは、対流熱伝達（９） 条件（一般的にはレイノルズ数とプラントル数の積によ
って決定される因子とされているもの）が影響を受けて
水分低下率の増分が減すると考えられるもので、その地
点が成型炭では空塔速度０．１５ｍ／８の点に有る事を
示している。又さらに空塔速度を増やしていけば該水分
低下率は暫増するものの０．５　ｍ／８の点で完全に横
ばいとなる。この事は、成型炭表面の水分移動（拡散）
と内部の移動速度が影響し合ってついには完全に内部の
水分移動によって律則される様になる事を示し、成型炭
においてはその値が空塔速度０．５　ｍ／８の点にある
事を示している。

第３図は成型炭の温度低下すなわち冷却効果を示す図で
あるが、極めて特徴的な点は成型炭の冷却効果が空塔速
度０．５ｍ／Ｓを境としてそれ以上速くしても増えない
事である。

この事は成型炭内部の熱移動速度によって律則され、熱
境界条件を改善しても冷却速度は増加しない事を示して
おシ、該空椙津塵０５叱／ＳはＥ述の水分移動速度のそ
れに一到する事會示している。

（１０） 以上の実験検討結果より成型炭の有する顕熱を有効に利
用して水分を乾燥しつつ同時に風量等の無駄々く冷却す
る効果的な乾燥の方法のポイントは次の点にある事が判
明した。

（１）空塔速度０．５　ｍ／Ｓを境として成型炭の冷却
乾燥速度はその内部熱移動速度、水分移動速度の律則を
受ける為、それ以上速度を増して境界条件を改善しても
効果はない。従って風量と成型炭の顕熱を有効に活用し
うる冷却乾燥方法の要点は空塔速度０．５ｍ／Ｓ（空気
２０℃換算値）で強制的に通風する事にある。

（２）空塔速度０．１５ｍ／Ｓ迄は成型炭の水分乾燥速
度は直線的に増えつづける。従って迅速に水分を低下せ
しめる為には０．１５　ｍ／　８　以上で通風する事が
効果的である。

ここで上記（１）の条件で空冷する事が極めて効果的な
冷却乾燥方法である事を示すべく、実験結果より成型炭
の冷却温度と蒸発水分による熱・ｆランスを取って比較
する。０．２３ｍ／Ｓで２０分冷却した時の温度低下量
は第３図より 初期温度（＋＝７０℃）−２０分後温度（キ２６℃）中
４４℃一方その時蒸発し減じた水分は第２図より２．８
％である。従って成型炭］　ｋｇ−ｗｅｔ当りの水分蒸
発量は概略 １　ｋｇｘ　０．０２８＝０．０２　ｓｋｙ又、成型炭
の比熱は約０．３８　ｋｃ　ａ　ＩＡ９℃（軟ピッチ６
チ配合、水分１１％）であるから 冷却顕熱Ｑｌ＝４４℃Ｘ　Ｏ，３８ｋｃａｌ／ＩＱ？ｃ
＝　１６．７２　ｋｃａｌ、’ｈ水分蒸発熱Ｑｇ＝０．
０２８に＆Ｘ５８０ｋｃａｌ／ｋｇ＝　１６．２４　ｋ
ｃａｌ／ｋｌ？となる。以上の様に成型炭の冷却顕熱と
水分蒸発熱がほとんど一致していて、本実験は冷却した
顕熱がほとんど１０ｏ　１ｙ近く迄、水分蒸発（すなわ
ち成型炭の乾燥）に有効活用されている。

一方上記（２）の条件は一般に物質の移動を伴う対流伝
熱においては、流速の小なる領域では濃度境界層が厚く
なり、水蒸気濃度差の傾向が小さくなるとともに熱境界
の温度差も小さくなる為に水分移動と熱移動が極端に抑
制される定性的傾向と一致する。

このことは濃度境界層を薄くする対流伝熱条件下（特に
上記０．１５ｍ／Ｓ以上の空塔速度条件に対応すれば好
ましい。）で冷却する事が好ましい事を示している。

現に成型炭を単体で無風下において冷却する実験を行っ
た所完全に大気温と一致する温度迄冷却しても水分は１
．７チしか減じていなかったーこの結果は例えば第２図
の０．２５ｍ／８２０分冷却の結果に比し、１．１％水
分低下率が小さく成型炭顕熱の水分乾燥への使用効果が
小さい事を示している。

即ち冷却が対流と放射の側熱形態が複合した結果である
。

以上本発明の主たる知見を説明したが本発明者等はさら
に限界を明確にすべく、第１図の実験装置によ如装入す
る成型炭の層厚を変化せしめて、同様の冷却乾燥試験を
行った。その結果を第４図。

第５図にその試験条件を第２表に示す。

第　　　２　　　表 第４図は各層厚条件における水分低下率の経時変化を第
５図はその時の層上部付近の成型炭温度の経時変化をそ
れぞれ示す。第４図よ如明らかなように水分低下率の効
果に層厚による差はあまり生じていない。冷却用空気の
成型炭に対する供給原単位から考えれば層厚６００　Ｍ
　１９００　ｗＩ＋、の試験はそれぞれ該供給原単位が
層厚３００ｍ＋の試験に比べて１／２　、　、　］／３
ときわめて小さいにもかかわらず水分乾燥効果の差は非
常に小さい。

これは空気が受は入れて搬出する水分の量が温度に対し
て指数関数的に増加する事と、冷却はすべて水分移動す
なわち蒸発を伴うものである為に生ずる結果である。即
ち第５図が示す様に槽最上部成型炭の温度が最終時点で
異なっており、風量域は直接的に水分低減効果にひびか
ず、水分の受は入れ気体である空気の温度上昇による飽
和水蒸気分圧の上昇に大きく分担せしめている。

従って本発明の知見によれば、いかに大なる層厚下に成
型炭を積んだとしてもむしろ冷却用空気原単位を小さく
しうる効果と設備をコンパクト化（１４） 出来る効果が大きくなるのみで不利益は見当らない。

尚第１図の試験装置で行った試験範囲において圧力損失
を傾斜マノメーター６で測定したが結果は０５〜３＋ｎ
ｍＡｑであった。従ってたとえ大層厚に成型炭を積んだ
としても本発明の方法によれば工業的に空気乾燥するの
は極めて容易である。

本発明は上Ｈ己知見のもとになされたものでその特徴と
するところは１： 玉１　少くとも大気温度より１０℃以上の温度と水分を
有する成型炭ノーに空塔速度（層内冷却用空気の通過面
積で通風１を除した数値）　０．５　ｍ／８（大気温度
２０℃相当）以下で通風して冷却すると同時に、成型層
内部顕熱により、成型炭の乾燥を行なう事を特徴とする
成型炭の冷却乾燥方法。

２、空塔速度０．１５ｍ／Ｓ　（大気２０℃相当）以上
で通風する事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
成型炭の冷却乾燥方法。玉 である。

上述の実験的実施は第１表に示す成型炭によシ行ったも
のであるが、上記知見と本発明の適用法はすべて成型炭
であれば適用出来るものである。

その理由は次の通９である。

１）成型炭の形状は類似し、しかも１個ｓｂの重量は２
０〜５ＯＮで、その径の範囲は本実験を行った成型炭の
０７〜１３倍程度の範囲に含まれる。従って本発明の伝
熱形態である充てん層通気冷却乾燥のＲｅ　（レイノル
ズ数）とＰｒ　（プラントル数）の値は伝熱蒸発条件を
変化せしめる程変化し々い。

２）成型炭の物性は石炭粉とバインダーよりなるもので
内部熱及び水分の移動特性は単に形状、サイズ等のわず
かな違いで本知見の根底をくずす程変わらない。

３）成型炭の比熱はほとんど変わらない。

以下本発明の一実施例を第６図に基づき説明する。この
実施例はネットコンベアーで搬送しつつ強制通気・冷却
乾燥する方式である。

図中１１は成型機で３基設置した。１２はネットコンベ
アー１３と直交するよう配置して、成型直後の高温度の
成型炭を該ネットコンベアー迄輸送し、均一な１−厚に
積付ける往復動コンベアーである。

ネットコンベアー１３上には、強制通気冷却乾燥する為
のフード１４を設置した。１５はフード１４よりの吸気
用の集塵機、１６は吸引ファンで、該フード１４の端部
にはシール板を取り付けてネットコンベアー側板部でシ
ールを実施し、通気吸引時のリークを防いだ。１７はネ
ットコンベアー１３より分離された粉を回収する為のコ
ンベアーである。

以上実施の実施態様によシ実施したネットコンベアー等
の主仕様と実施結果を第３表に示す。

（１７） 第３表 上記実施例に示すように本発明によれば、大量の成型炭
の冷却と乾燥の効果を同時にしかも確実に経済効果性高
〈実施する事が出来る。尚該実施例において層厚を３５
０　Ｍと比較的薄くしたのは既存設備を改造したためで
あり、新設であればさらに層厚を高くして機長、風量等
の仕様を減じて経（１８） 済性を追求する事が出来るものである。

該実施例における冷却乾燥用に使用した風量原単位を計
算すれば ２０００ｍ３／＋ｘ６００／１時；　１５５Ｗｊ＋Ｔ−
Ｔ／時＝７７４ｍシーｉ−Ｔ成型炭となる。

又、該実施例はネットコンベアーを使用しているが、本
発明の要件を満足さえすれば、他の実施方法たとえばホ
ラ・ｆ−に貯槽し下部より強制通気せしめる等によって
も同様の効果を奏しうる事はいうまでもない。

以上の如く本発明は高温度で水分を有する成型炭を一定
の層厚下に置き（固定式であろうと移動式であろうとを
問わない）、しかる後に強制通気し、その風速を成型炭
の有している熱及び水分の移動が高位にかつ効率よく安
定する域に維持する事によって従来の空冷、水冷等の冷
却方法に比し、次の如き工業的に有利な効果を奏するも
のである。

１）従来目的であるが、困難であった冷却の効果を全成
型炭に対して確実に行わしめる。

２）冷却の際に放出する成型炭の顕熱をほとんど１００
％利用して成型炭中の水分を蒸発せしめる。

この結果コークス炉における省エネルギー効果は大きい
。

３）従来の空冷に比べ極めて少い風量原単位で上記１）
　、　２）の効果を奏す。例えば従来法で空冷すれば４
０００Ｍ”／Ｔ、−成型炭の風量を要したものが、４０
０〜６００　Ｍ”／　Ｔ−成型炭で可能となる。該風量
減の省エネルギー効果は絶大である。

４）従来不可能視されていた高ｊ−圧空冷を可能とした
事から設備を非常に小型化する事が出来る。

例えばネットコンベアーによって連続的に輸送しつつ冷
却するに際してはその機長等サイズを従来方式のそれに
比し、大巾に小さく出来る上に排送風損、ダクト、集塵
機を極めて小規模化出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をなすに当って用いた実験用の強制通気
冷却乾燥装置を示す略図、第２図は空塔と層厚の関係の
一例を示す図、第５図は層上部成型炭温度の冷却時にお
ける経時低下と層厚の関係の一例を示す図、第６図は実
施例の説明図である。 １：筒状成型炭ケース、２ｓ流量計、 ３；バルブ、　　　　　　４：バルブ、５：吹込空気上
昇管、　６：傾斜マノメーター、７：温度計、　　　　
　　１１：成型機、１２：往復動コンベアー、１３：ネ
ットコンベアー、１４：フード、　　　　　１５：集塵
機、１６：吸引ファン。 （２１） 第１図 第２図 ａノ　ｏ、ｉ　　ｏ、ｓ　　ｏ、ｉ　　ｏ、、ｓ　　α
ｂ　　Ｏ，り　０．６　０．６）　　Ｊ、Ｏｑｊ舌速嵐
（勺） 第４図 時間ζ介） ０、Ｊ　　Ｏ，２０５０Ａ　Ｏ，，５０，ｌｙ　　Ｏ，
り　０．／３０．／）　　ノ０９活速度（−） 第５図 時間（４ｆ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少くとも大気温度より１０℃以上の温度と水分を
   有する成型炭層に空塔速度（ノー内冷却用空気の通過面
   積で通風量を除した数値）　０．５　ｍ／Ｓ（大気温度
   ２０°相当）以下で通風して冷却すると同時に、成型腹
   内部顕熱によシ、成型炭の乾燥を行なう事を特徴とする
   成型炭の冷却乾燥方法。 ２、空塔速度０．１５ｍ／Ｓ　（大気２０℃相当）以上
   で通風する事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   成型炭の冷却乾燥方法。