JPS61194361A - 石炭の粘結性迅速測定装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、コークス製造用原料石炭の品質評価として
重要な粘結性を測定する装置に関する。

従来技術とその問題点 近年のコークス製造業における重要課題の−っは、大型
高炉の安定操業のためのコークス品質の安定化とコーク
ス炉の効率的操業を同時に達成することである。この課
題に対処するため、九とえばわが国ではコークスの均一
乾留と乾留熱量の低減を目的とし九燃焼管理の自動化が
推進される一方、石炭およびコークスの性状分析の自動
化も逐次進められ、コークス品質の安定化に反映されて
いる。

ところで、コークス品質を支配する要因については、周
知のとおり石炭性状や乾留条件が挙げられるが、なかで
も石炭の粘結性が大きな要因として挙げられる。したが
って、コークス品質の安定化のためには、石炭の粘結性
を迅速かつ精度よく把握し、コークス炉装入炭の品位調
整に反映することが有効である。

石炭の粘結性の測定法には種々の方法があるが、世界的
に普及し、実用に供されている方法は、ａ。

るつぼ膨張試験法（ボタン法、Ｃ３Ｎ）、ｂ、流動性に
よる方法（ギーセラープラストメーター法）、Ｃ１膨張
性による方法（シラトメ−ター法）の三つであり、わが
国で常用されている一般的な測定法は、ＪＩＳ　Ｍ　８
８０１に規定されているシラトメ−ター法およびギーセ
ラープラストメーター法である。

しかし、シラトメ−ター法、ギーセラープラストメータ
ー法はいずれも、定められた加熱速度３℃／分と緩やか
であり、かつ測定手順が複雑なため、測定疋要する時間
が長く、コークス品質の制御を行なうような迅速性が要
求される測定には適当ではない。一方、ボタン法は、所
定のるつぼに試料を入れて、８２０℃±５℃の高温で急
速加熱し、生成したコークヌの形状、大きさを標準輪か
くと比較して、ボタン指数で表示する方法であり、測定
が簡便かつ迅速にできることから多用されている。しか
し、このボタン法の場合は、ボタン指数が１／２刻みの
大まかな値であるため、実際の操業管理に用いられるこ
とは少なく、参考値程度として用いられるのが普通であ
る。

上記ボタン法以外に、石炭の粘結性を迅速に測定する方
法としては、レッシング法やレッシング法に若干の改良
を加えた燃研法が知られている。

たとえば燃研法は、粒度２５０μｍ以下に粉砕された石
炭１？を長さＩＱＱＩＩＩＩ、内径１３　ｆｉ　、外径
１５ｍｍの石英製の細管に充填し、軽く細管をたたいて
試料面を水平にした後、重量的６．５ｙの石英製重錘を
試料面に載荷して、６００°Ｃの温度に保持された竪型
環状電気炉に装入し、７分間保持後に取出して加熱前石
炭の充填高さに対する加熱膨張後石炭の高さの割合を求
めて粘結性の指標とするものである。

しかし、この方法では、細管の径が大きいために石炭の
加熱が細管壁面に近い部分と中心部とで不均一となシ、
石炭の膨張にバラツキを生じ、さらに試料の充填密度が
規定されていない丸め同じくバラツキを生じる。また、
電気炉の保持温度が高いために、石炭の種類によっては
加熱時の急激な水蒸気および熱分解ガス発生により石炭
試料が一種の突沸現象を起こし、石炭を飛散させ測定精
度を悪くする等、測定値の再現性に欠けていえ。

さらに、載荷した石英重錘が溶融膨張した石炭と固結す
る場合があり、測定後の後処理作業を困難処するなど、
測定法として不備な点が多かった。

このため、レッシング法や燃研法はほとんど実用に供さ
れていない。

発明の目的 この発明は従来の前記現状にかんがみなされたものであ
シ、石炭の粘結性を迅速かつ精度よく把握する装置を提
供することを目的とするものである。

発明の構成 この発明に係る石炭の粘結性迅速測定装置は、試料とな
る石炭金含有水分３％以下に急速乾燥させる乾燥装置、
前記乾燥後石炭を最大粒度が８４０μｍ以下２５０μｍ
以上に粉砕する粉砕装置、前記所定粒度に粉砕した石炭
の計量装置、前記所定量の石炭を内径５〜１２１１の有
底試料管に装入する装置、前記試料管内圧装入された石
炭を装入密度１．０９／ｃ４以下に充填する装置、前記
試料管内の石炭を少なくとも１０℃／分以上で２５０℃
／分以下の加熱速度で４７０〜５５０℃の温度に加熱す
る加熱装置、前記石炭の加熱前充填高さおよび加熱後石
炭の膨張高さを計測する高さ測定装置、前記測定データ
よシ当該石炭の粘結性を算出するデータ処理装置および
前記試料石炭および試料管の自動搬送装置とから構成さ
れたことを特徴とするものである。

第１図はこの発明の装置構成を示すブロック図である。

すなわち、この発明装置は大きく分けて、試料調整工程
と石炭の膨張率測定工程とからなっておシ、試料調整工
程は石炭（１）を急速乾燥させる乾燥装置（２）と前記
乾燥後石炭を所定粒度に粉砕する粉砕装置（３）よりな
シ、膨張率測定工程は石炭の計量装置（４）、試料管へ
の石炭装入装置（５）および充填装置（６）、加熱装置
（７）、計測装置（８）およびデータ処理装置（９）と
からなっている。

コークス炉へ装入する石炭（粒度は３ｆｆ以下が８０％
程度）の場合、その嵩密度は粒度分布と水分の関数とな
ることはよく知られている。＃に水分が３％以下となる
と、嵩密度の水分依存性は１０％以下となるため、粒度
分布を一定に制御すれば所望の嵩密度の範囲に石炭を試
料管内に充填できる。このため、まず試料となる石炭を
水分３％以下まで急速乾燥させたのち、粒度分布がほぼ
一定になるよう粉砕する必要がある。

試料となる石炭（１）を含有水分３％以下に急速乾燥さ
せる乾燥装置としては、例えばドラム壁を加熱し九回転
ドラム乾燥機や赤外ヒータ式乾燥機等を用いることがで
きる。前記乾燥装置（２）で含有水分３％以下に乾燥さ
せた石炭を所定粒度、すなわち最大粒度８４０μｍ以下
２５０μｍ以上に粉砕する装置（３）としては、例えば
粗粉砕用として初段にダブルローρミルを、粒度調整用
として２段目にクロスヒータミルや振動ディスクミＩｖ
ｔ−用いるコトができる。ここで、石炭の粉砕粒度を最
大粒度８４０μｍ以下２５０μｍ以上に限定し九のは、
２５０μｍ以下では石炭粒子の飛散が多くなり、測定値
にバラツキが生じる原因となり、逆に、石炭粒度が大き
すぎても、試料の品質偏差の影響が大きく、８４０μｍ
を超えるとやはり測定値にバラツキが生じるからである
。

次に、石炭の膨張率測定工程における前記粒度調整され
た石炭の計量装置（４）と試料管への装入装置（５）は
、例えば第２図に示すごとくホッパー（４−１）、シリ
ンダー（４−２）、計量カップ（４−４）付きベルトコ
ンベア（４−３）、試料管ａＧへの装入シュート（４−
５）および面一カットするためのスクレーバ（４−６）
とからなるものを用いることができる。前記試料管ａＱ
内に装入された第１図に示す石炭の充填装置（６）は、
例えば特定の周波数で一定時間試料管α０に振動を与え
る装置を用いることができる。

第２図における（６−１）はその振動装置である。

なお、この発明において有底試料管ａＯの内径を５〜１
２ｆｊｌに限定し九のは、内径が１２ｆｆを超える大き
なものＫなると、石炭の加熱が壁面に近い部分と中心部
とで不均一となシ石炭の膨張にバラツキが生じること、
また５Ｍ未満のＷ細径では円滑な石炭の膨張が得られず
測定値にバラツキが生じるからである。

また、試料管内の装入密度を１．０ｇ／ｃｍ３以下に調
整することとしたのは、装入密度を高くすると発生ガス
の円滑な逸脱が阻害され、突沸現象を起こし石炭粒子を
飛散させるため再現性のある測定値を得ることができな
いからである。

前記試料管αＱ内の石炭加熱装置（７）は、第３図に示
すごとく例えば、ヒータ（７−２）が内蔵された加熱容
器（７−１）内にメタ／ｌ／（７−３）が充填され、と
のメタルパス中に挿入した試料管保持容器（７−４）内
に試料管α１を装入して加熱する方式のものを用いるこ
とができる。なお、メタルパスの場合は加熱容器内の温
度分布偏差が上２゜５℃と少ない。

ここで、石炭の加熱速度を１０’Ｃ／分以上で２５０”
Ｃ／分以下としたのは、この範囲の加熱速度において膨
張率の検出感度が高いこと、また加熱速度が２５０℃／
分を超えると膨張率は大きくなるものの、逆に単位時間
当りの発生ガス量が多くなりすぎ、試料の突沸現象が生
じて膨張率の変動中が大きくなるためである。また、最
終加熱温度については、石炭の膨張が完了する４７０〜
５５０℃の温度範囲とした。

試料管内の石炭の加熱前充填高さおよび加熱後石炭の膨
張高さを測定する計測装置（８）は、第４図に示すごと
く例えば、試料管固定台（８−１）内に試料管α１を立
て、前記固定台に取付けたシリンダー（８−２）に支持
された差動トランス（８−３）のロッド（８−４）を前
記試料管ａＯ内に挿入して測定する装置を用いることが
できる。差動トランスの替りに光学式距離計を用いても
よい。

データ処理装置（９）は、加熱前後での試料管内の石炭
高さ値よシ石炭の膨張高さの割合を求めるもので、コン
ピューター等を用いる。この発明では上記膨張高さの割
合を石炭の粘結性の指標とするものである。すなわち、
石炭の膨張高さの割合は繰返し精度が高い上、従来のジ
ットメーター法で測定される膨張率との相関も高いこと
から、石炭の粘結性の指標として十分活用できる。

前記各装置間における石炭および試料管の自動搬送手段
には種々の装置を用いることができるが、試料調整工程
では振動フィーダーやべμトコンベアを用い、膨張率測
定工程では試料管搬送ロボットを用いると便利である。

第５図は試料管搬送ロボットを用いた場合の膨張率測定
工程の装置構成例を示すもので、試料管搬送ロボットα
Ｄのまわりに、第２図に示す試料計量・装入・充填装置
（２）、第３図に示す加熱装置（７）、第４図に示す計
測装置（８）およびデータ処理装置（９）が設置されて
いる。なお、（至）は試料管ストッカー、αくは廃棄シ
ュートである。

試料管搬送ロボットα刀は、アーム（１１−ｔ）により
試料管の着脱、搬送、セツティング、保持機能等を備え
、遠隔操作される仕組みとなしている。

発明の作用 この発明装置により石炭の粘結性を測定する場合は、コ
ークス炉の石炭塔へ送られる途中でサンプリングされ、
１／１００程度に縮分された約１ｋＦの石炭（１）を、
まず乾燥装置（２）で含有水分３％以下に急速乾燥させ
る。６０℃に加熱された回転ドラム乾燥機を用いると乾
燥に要する時間は約３０分根度である。次に、乾燥後の
石炭を振動フィーダーやベルトコンベアで粉砕装置へ送
り、ここで最大粒度８４０μｍ以下２５０μｍ以上に粉
砕する。粉砕時間は約５分根度である。なお、コークス
炉へ装入する石炭の場合、前記したとおり粒径３罪以下
のものが８０％程度であるが、１０ｆｉ程度の石炭粒が
含まれている場合もあるので、粉砕する際は粗粒をまず
ダブルロー〜ミルで粗粉砕し全てを粒径１絹程度以下に
した後、クロスビータ−ミルや振動ディスクミルで最大
粒度８４０ｔｔｍ以下２５０μｍ以上の粒度範囲に調整
するのが好ましい。

粒度調整された石炭は再度縮分され、必要量がサンプリ
ングされてベルトコンベアで膨張率測定工程へ送られる
。この工程では、粒度調整された石炭が第２図に示す装
置（２）のホッパー（４−１）に入り、シリンダー（４
−２）を操作して該ホッパー内の石炭を計量カップ（４
−４）に装入し、ベルトコンベア（４−３）を駆動して
一定量計量されたのちシュート（４−５）ｔ”介して試
料管αＯ内に装入される。なお、試料管αＱは搬送ロボ
ットαηによシ事前に試料管ストッカー（至）より取出
されてセットされている。石炭が装入された試料管αＯ
は振動装置（６−１）によシ一定の振動数で一定時間加
振され、試料管内の石炭が装入密度１．０９／１４以下
に充填される。続いて、試料管αＱは搬送ロボットαＢ
により計測装置（８）に搬送され、充填された石炭の高
さくｊ’？ｏ）が計測される。

次に、再度搬送ロボットα℃により試料管αＱは加熱装
置（７）に搬送されてセットされる。ここで、石炭は１
０”Ｃ／分以上２５０℃／分以下の昇温速度で温度４７
０〜５５０°Ｃの範囲圧加熱される。第３図に示す加熱
装置の場合は、５２５°Ｃに均熱されたメタルパス（７
−３）中に挿入された試料管保持容器（ステンレス管）
（７−４）に試料管αＯが装入され、約５分間で５１０
°Ｃｔで加熱され、内部の石炭は自由膨張させられ１０
その後試料管αＯは再度搬送ロボットαηにより計測装
置（８）に搬送され、膨張後の石炭高さく４ｄ）が測定
される。

前記加熱前充填高さく１０）と加熱膨張後石炭高さくｌ
ｄ）は、計測装置（８）からデータ処理装置（９）に入
力され、加熱前石炭の充填高さくｊ？ｏ）に対する加熱
後石炭の膨張高さく＃ａ）の割合が求められ、その値が
粘結性の指標として表示される。石炭の装入充填から膨
張率計測までに要する時間は約７分径度である。

計測を終えた試料管は搬送ロボットα℃により廃棄シュ
ートα４に投棄される。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明装置によれば、試料となる
石炭の乾燥に数十分、石炭粉砕に数分、試料管への石炭
充填から膨張率計測まで数分ですみ、仮に試験回数を３
回としても約１時間で試験が終了することとなり、従来
約半日以上要していたものが大巾に短縮される。すなわ
ち、石炭を配合してから約１時間後、石炭がコークス炉
装入用の石炭塔に貯留されている間に粘結性が判明する
ので、配合ミスの石炭の場合にはコークス炉の操業炉温
を適切に調整することにより、成品コークスへの影響を
最小限におさえることが可能となるばかりでなく、配合
石炭の品質余裕（従来は各炭種の平均値を用い配合石炭
の品質を推定してい九九め各石炭のヤードでの品質劣化
やヤード山内での品質分布を考慮し粘結性をやや高めに
配合していた）が切りつめられ、その効果は大である。

また、この発明装置によれば、急速加熱条件下で石炭粒
子の飛散を抑制し再現性のある測定値を得ることができ
るので、現行のＪＩＳ法に規定されている粘結性の測定
法よりはるかに有用性に富み、コークス品質の安定化に
大なる効果を奏するものである。

実　　　施　　　例 図面に示す構造の実験装置を用い、第１表に示す高炉用
コークスに供される配合炭を含有水分１％に急速乾燥し
、粉砕装置によシ粉砕粒度１６８０ｐｍ以下、　８４０
ｐｍ以下、　２５０μｍ以下、　１４９μｍ以下に粒度
調整し、各石炭を内径Ｉ　Ｑ　ｆｉ　、長さ１２０絹の
附熱ガラヌ製の細管内にそれぞれ高さ２０Ｍ。

装入密度０．７ｙ／ｌｄで充填し、温度５００°Ｃに設
定さレタを剣客ｔ　１　ｋＷのメタルパス中にステンレ
ス製の保持容器を使って１００ｍｍ＋の高さまで浸漬し
、加熱速度約１００°Ｃ／分で加熱し、３分後に取出し
て石炭の膨張高さｔ測定するとともに、加熱前石炭の充
填高さく　２０ｍｍ）に対する加熱後石炭の膨張高さの
割合を求めた。この方法で各粒度の石炭について膨張度
測定を５回実施し、これらの測定結果の平均値（ｘ）と
変動範囲（Ｒ）を第２表に示す。

第２表の結果より明らかなごとく、粉砕粒度１６８０μ
ｍ以下の場合は、膨張高さおよび膨張割合の平均値（Ｘ
）は８４０ｔｔｍ以下および２５０ｔｔｍ以下の粉砕粒
度と比較して大きな差はないものの、変動範囲（Ｒ）が
大きい。これは粉砕粒度が粗い場合、石炭粒径毎の性状
差の影響が顕著に現われるためと推察される。一方、粉
砕粒度１４９μｍ以下の場合は、加熱時において発生ガ
スに随伴して石炭粉の飛散が激しいため、膨張高さおよ
び膨張割合の平均値（Ｘ″）は低く、かつ変動範囲（Ｒ
）が粉砕粒度８４０μｍ以下および２５０μｍ以下の場
合と比較して大きい。従って、急速加熱時における石炭
の粉砕粒度としては、最大粒径で８４０〜２５０μｍの
範囲が適当であることがわかる。

また、試験に要した時間は、乾燥に約３０分、粉＠に約
５分、試料管への充填から膨張率計測まで約７分の、計
量４２分、試験回数３回で約１時間弱であった。

第　　　１　　　表 第　　　２　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置構成を示すブロック図、第２図
は同上装置における試料の計量・装入・充填装置を示す
概略図、第３図は同じく試料の加熱装置を示す概略縦断
面図、第４図は同じく試料の高さ計測装置を示す概略縦
断面図、第５図は試料管搬送ロボットを用いた場合の膨
張率測定工程の装置構成例を示す概略図である。 １・・・石炭、２・・・乾燥装置、３・・・粉砕装置、
４・・・計量装置、５・・・石炭装入装置、６・・・充
填装置、７・・・加熱装置、８・・・計測装置、９・・
・データ処理装置、ＩＯ・・・試料管、１１・・・試料
管搬送ロボット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料となる石炭を含有水分３％以下に急速乾燥させる乾
   燥装置、前記乾燥後石炭を最大粒度が８４０μｍ以下２
   ５０μｍ以上に粉砕する粉砕装置、前記所定粒度に粉砕
   した石炭の計量装置、前記所定量の石炭を内径５〜１２
   ｍｍの有底試料管に装入する装置、前記試料管に装入さ
   れた石炭を装入密度１．０ｇ／ｃｍ＾３以下に充填する
   装置、前記試料管内の石炭を少なくとも１０℃／分以上
   で２５０℃／分以下の加熱速度で４７０〜５５０℃の温
   度に加熱する加熱装置、前記石炭の加熱前充填高さおよ
   び加熱後石炭の膨張高さを計測する高さ測定装置、前記
   測定データに基づいて当該石炭の粘結性を測定するデー
   タ処理装置および前記試料石炭および試料管の自動搬送
   装置とから構成された石炭の粘結性迅速測定装置。