JPS6245915B2 - - Google Patents

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り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り
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炭用原料に吹き込み
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％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ツク型、ピロー型等
類以し、１個当りの成型炭重量は20〜50ｇ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り、軟かいものであ
る。 従つて、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、成型炭使用の
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
くならざるを得ない。従つ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つ
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、ある一定の層厚で実施せざるを得
ず層厚が上がる程、均一で且つ効果的な冷却は困
難なものとなり、逆に層厚を薄くすれば設備は膨
大な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量に冷却する方法
として次の方法が用いられていた。 (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。 (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
点があつた。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なり、(2)の方法としても積荷
成型炭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いて大差が生じ
る。従つて(5)の方法によつて冷却効果を上げる為
には、ある実施例においては30T／Ｈ輸送する成
型炭を空冷するのに2000m³／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つた。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
な冷却方法については本発明の提案を見る迄は従
来見当るものはなかつた。 本発明者等は上記問題点を解決する為に成型炭
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つた実験的実施
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た。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
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より取り外し
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
整するためのバルブである。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積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
つた。しかるに以上の要領で一定時間空冷しては
筒状ケース１の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つた。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。

【表】 第２，第３図は成型炭層厚を300mm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あ
る。 第２図より判る様に成型炭の水分低下率は空塔
速度0.15m／Ｓ程度迄ほぼ直線的に上昇し、以後
上昇率は暫減し0.5m／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／Ｓ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り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
条件（一般的にはレイノルズ数とプラントル数の
積によつ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ずると考えら
れるもので、その地点が成型炭では空塔速度
0.15m／Ｓ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0.5m／Ｓ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つてついには完全に内部の
水分移動によつ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0.5m／Ｓ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つて律則
され、熱境界条件を改善しても冷却速度は増加し
ない事を示しており、該空塔速度0.5m／Ｓは上
述の水分移動速度のそれに一到する事を示してい
る。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
の無駄な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0.5m／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。従つて風量と成
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。従つて迅速に水分
を低下せしめる為には0.15m／Ｓ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バラン
スを取つて比較する。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（≒26℃）≒
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。従つて成型炭１Kg―wet当りの水分
蒸発量は概略 １Kg×0.028＝0.028Kg 又、成型炭の比熱は約0.38kcal／Kg℃（軟ピツチ
６％配合、水分11％）であるから 冷却顕熱Q₁＝44℃×0.38kcal／Kg℃ ＝16.72kcal／Kg 水分蒸 発熱Q₂＝0.028Kg×580kcal／Kg ＝16.24kcal／Kg 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100％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
験を行つ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％しか減じていなかつた。この
結果は例えば第２図の0.25m／S20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を示してい
る。即ち冷却が対流と放射の両熱形態が複合した
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
置により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つた。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。

【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図より明らかな
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600mm，900mm，の試験は
それぞれ該供給原単位が層厚300mmの試験に比べ
て1/2，1/3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。 これは空気が受け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つており、風量
減は直接的に水分低減効果にひびかず、水分の受
け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。 従つ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
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図の試験装置で行つ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0.5〜３mmAqであつた。従つてたとえ大層厚に
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。 本発明は上記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 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（層内冷却用空気
の通過面積で通風量を除した数値）0.5m／Ｓ
（大気温度20℃相当）以下で通風して冷却する
と同時に、成型炭内部顕熱により、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。 である。 上述の実験的実施は第１表に示す成型炭により
行つたものであるが、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。
その理由は次の通りである。 １ 成型炭の形状は類似し、しかも１個当りの重
量は20〜50ｇで、その径の範囲は本実験を行つ
た成型炭の0.7〜1.3倍程度の範囲に含まれる。
従つ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
化しない。 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。この実施例はネツ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はネツ
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ツトコンベアー迄輸
送し、均一な層厚に積付ける往復動コンベアーで
ある。 ネツトコンベアー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は吸引フアン
で、該フード１４の端部にはシール板を取り付け
てネツ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はネツトコンベ
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り実施したネツトコン
ベアー等の主仕様と実施結果を第３表に示す。

【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
に経済効果性高く実施する事が出来る。尚該実施
例において層厚を350mm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
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／分×60分／時÷155^WET―^T／時＝774
m³／Wet―Ｔ成型炭となる。 又、該実施例はネツ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
方法たとえばホツパーに貯槽し下部より強制通気
せしめる等によつ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
事によつて従来の空冷、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、困難であつた冷却の効果
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4000M³／Ｔ―成型炭の風量を要したもの
が、400〜600M³／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層圧空冷を可能と
した事から設備を非常に小型化する事が出来
る。例えばネツトコンベアーによつて連続的に
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
る上に排送風機、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つて用いた実験用の
強制通気冷却乾燥装置を示す略図、第２図は空塔
速度と成型炭の水分低下率の経時ごとの変化の関
係を示す図、第３図は空塔速度と成型炭温度との
関係を示す図、第４図は成型炭の水分の経時的低
下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、２：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、１
２：往復動コンベアー、１３：ネツトコンベア
ー、１４：フード、１５：集塵機、１６：吸引フ
アン。

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（層内冷却用空気の
   通過面積で通風量を除した数値）0.5m／Ｓ（大
   気温度20℃相当）以下で通風して冷却すると同時
   に、成型炭内部顕熱により、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。