WO2024063081A1 - 含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法 - Google Patents

含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法 Download PDF

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microwave
moisture content
coal
bulk density
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愛 松本
友彦 伊藤
嘉之 梅垣
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/36—Analysing materials by measuring the density or specific gravity, e.g. determining quantity of moisture

Definitions

  • the present invention relates to a moisture content measuring method and apparatus for measuring the moisture content of a measured object using microwaves, and a coke manufacturing method.
  • coal which is a raw material for coke
  • a belt conveyor dried by a humidity controller, and then fed into a coke oven.
  • the moisture content of coal the better the quality of coke.
  • problems such as an increase in the amount of coal dust generated during transportation, a risk of ignition, and clogging of the coke oven may occur. For this reason, it is necessary to control the moisture content of coal within a predetermined range.
  • a technology that uses microwaves is known as a technology for measuring the moisture content of coal.
  • coal on a belt conveyor is irradiated with microwaves, and the moisture content of the coal is measured based on changes in the propagation characteristics of the microwaves in the coal.
  • this technology for measuring the moisture content of coal using microwaves requires information on the bulk density of the coal. Bulk density is usually measured using the property that gamma rays, a type of radiation, are weakened when they pass through a substance.
  • the handling of gamma rays is strictly regulated, and the method of measuring bulk density using gamma rays requires management costs.
  • Patent Document 1 discloses that a scraper is used to physically level the surface of coal on a belt conveyor to make the bulk density uniform.
  • Patent Document 2 discloses a method of measuring the water content of coal without being affected by changes in bulk density using a moisture meter embedded in a coal seam.
  • the layer thickness of the object to be measured is a certain level or more. That is, if the layer thickness of the object to be measured is too thin, a situation may occur in which the scraper does not hit the coal and the bulk density cannot be made constant, or the moisture meter does not come into contact with the object to be measured. On the other hand, if the layer thickness of the object to be measured is too thick, the scraper or the measuring device may collide with the object to be measured, and the object to be measured may fall off the belt conveyor.
  • the present invention provides a moisture content measuring method, a moisture content measuring device, and a coke manufacturing method that can reliably measure the moisture content of an object to be measured even if the layer thickness of the object varies.
  • the purpose is to provide a method.
  • a moisture content measuring method for measuring the moisture content of an object to be measured in which when transmitting microwaves are transmitted to the object by a microwave transmitter that moves relative to the object, the a microwave measurement step in which a transmitted microwave that has passed through the object to be measured is received as a received microwave by a microwave receiver, and a phase difference and an attenuation rate between the transmitted microwave and the received microwave are determined; a bulk density calculation step of calculating a bulk density of the object to be measured based on the amount of the object to be measured, a moving speed of the object to be measured with respect to the microwave transmitter, and a layer thickness of the object to be measured;
  • a moisture content measuring method comprising: calculating a moisture content of the object to be measured based on a phase difference with the received microwave, an attenuation rate, and a bulk density.
  • [4] Measure the moisture content of the coal using the moisture content measuring method described in any one of [1] to [3], and based on the measured moisture content, adjust the coal so that the moisture content falls within the set range.
  • a coke production method in which coke is produced by drying and transporting the dried coal to a coke oven, and then putting the dried coal into the coke oven and carbonizing it.
  • a moisture content measuring device for measuring the moisture content of an object to be measured which is configured to move with respect to the object to be measured, and a microwave transmitter for transmitting transmission microwaves to the object to be measured.
  • a microwave receiving section that receives the transmitted microwave transmitted through the object to be measured as a received microwave; a microwave evaluation section that calculates a phase difference and an attenuation rate between the transmitted microwave and the received microwave; a microwave evaluation unit having a microwave evaluation unit, and a bulk density of the object to be measured based on the amount of the object to be measured, a moving speed of the object to be measured with respect to the microwave transmitter, and a layer thickness of the object to be measured. Calculate the moisture content of the object to be measured based on the bulk density calculation unit, the phase difference and attenuation rate measured by the microwave evaluation unit, and the bulk density calculated by the bulk density calculation unit.
  • a moisture content measuring device comprising: a moisture content calculating section.
  • the moisture content can be reliably measured even when the layer thickness of the object to be measured varies.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the moisture content measuring device of the present invention. It is a figure which shows an example of a 3-roll type curved belt conveyor. 2 is a graph showing the relationship between the moisture content measured using a simulator of the moisture content measuring device of FIG. 1 and the moisture content measured by JIS analysis method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the moisture content measuring device of the present invention.
  • a moisture content measuring device 1 shown in FIG. 1 measures the moisture content of coal, which is an object to be measured S, which is supplied onto a belt conveyor 3 from a cutting device 2, for example.
  • the coal whose moisture content has been measured is conveyed by a belt conveyor 3 to a humidity controller (not shown) located downstream of the moisture content measuring device 1 in the conveying direction.
  • the humidity controller the coal is dried so that the moisture content of the coal falls within a set range based on the moisture content measured by the moisture content measuring device 1 shown in FIG.
  • the dried coal is put into a coke oven (not shown) and carbonized to produce coke.
  • a coke oven not shown
  • the belt conveyor 3 is illustrated as an example of a conveyance device in embodiment of this invention, it is not limited to this, A roller conveyor may be sufficient.
  • the moisture content measuring device 1 has a microwave evaluation unit 10, a bulk density calculation unit 20, and a moisture content calculation unit 30.
  • the microwave evaluation unit 10 transmits microwaves to the object S to be measured, and determines the phase difference and attenuation rate between the transmitted microwaves and the microwaves that have passed through the object S to be measured.
  • the bulk density calculation unit 20 calculates the bulk density of the object S to be measured.
  • the moisture content calculation unit 30 calculates the moisture content of the object S to be measured.
  • the microwave evaluation unit 10 has a microwave transmission unit 11, a microwave reception unit 12, and a microwave evaluation unit 13.
  • the microwave transmission unit 11 irradiates the object S to be measured on the belt conveyor 3 with transmitted microwaves.
  • the microwave reception unit 12 receives the transmitted microwaves that have passed through the object S to be measured as received microwaves.
  • the microwave evaluation unit 13 determines the phase difference and attenuation rate between the transmitted microwaves and the received microwaves.
  • the microwave transmitting section 11 and the microwave receiving section 12 each include, for example, an antenna, and are positioned at positions facing each other with the object S to be measured interposed therebetween.
  • the wavelength of the microwave, the distance between the microwave transmitter 11 and the microwave receiver 12, etc. can be set as appropriate depending on the type of the object to be measured S (brand of coal).
  • the microwave evaluation section 13 is made up of hardware resources such as a computer.
  • the microwave evaluation section 13 is connected to the microwave transmission section 11 and the microwave reception section 12 via cables, respectively, and controls the operations of the microwave transmission section 11 and the microwave reception section 12. Specifically, the microwave evaluation section 13 causes the microwave transmission section 11 to transmit a transmission microwave having a predetermined energy and a predetermined phase. Also, at that time, the phase and energy of the received microwave received by the microwave receiving section 12 are acquired. Then, the microwave evaluation unit 13 calculates the phase difference between the transmission microwave and the reception microwave and the attenuation rate.
  • the bulk density calculation unit 20 is made up of hardware resources such as a computer, for example.
  • the bulk density calculation unit 20 acquires the amount of the object S to be measured to be supplied to the belt conveyor 3, the conveyance speed of the object S to be measured by the belt conveyor 3, and the layer thickness of the object S to be measured on the belt conveyor 3. , the bulk density of the object to be measured S is calculated based on them.
  • the bulk density calculation unit 20 obtains, for example, the supply amount of the object to be measured S from the cutting device 2 that supplies the object to be measured S onto the belt conveyor 3. Further, the bulk density calculation unit 20 acquires the transportation speed of the object to be measured S from a transportation control device that controls the belt conveyor 3, for example.
  • the speed at which the object to be measured S is transported by the belt conveyor 3 described above corresponds to the moving speed of the object to be measured in this embodiment.
  • the layer thickness of the object S on the belt conveyor 3 is measured by the layer thickness measuring device 21.
  • the layer thickness measuring device 21 is installed above the object to be measured S, for example, on the upstream side of the microwave transmitter 11 and the microwave receiver 12 in the belt conveyor 3. That is, the cutting device 2, the layer thickness measuring device 21, and the microwave transmitter 11 are installed in this order from the upstream side in the direction in which the object to be measured S is transported by the belt conveyor 3.
  • the layer thickness measuring device 21 measures the distance from the layer thickness measuring device 21 to the object S in a non-contact manner by irradiating the object S on the belt conveyor 3 with ultrasonic waves, lasers, etc. from above. Measure.
  • the distance to the belt conveyor 3 is stored in the layer thickness measuring device 21 .
  • the layer thickness measuring device 21 uses the distance from the layer thickness measuring device 21 to the belt conveyor 3 and the distance from the layer thickness measuring device 21 to the measured object S to measure the measured object S on the belt conveyor 3. Calculate layer thickness.
  • the bulk density calculation unit 20 calculates the amount M (kg/s) of the object S to be cut out per unit time, the conveyance speed V (m/s) of the object S to be measured by the belt conveyor 3, and the amount M (kg/s) of the object S to be measured per unit time. Using the layer thickness D (m) of . Although details are not shown, the following equation (1) is used to calculate the bulk density Q (kg/m 3 ) of the object S to be measured on the flat belt conveyor 3. In other words, the width of the object S on the belt conveyor 3 is approximately the same as the width Wcb of the belt conveyor 3.
  • the width of the object to be measured S is considered to be roughly proportional to the layer thickness D'.
  • the approximate layer thickness D' means the layer thickness at the center of the object S in the width direction of the belt conveyor 3'. Therefore, the following equation (1') is adopted instead of equation (1).
  • ⁇ is a proportional coefficient determined by the cross-sectional shape of the curved belt conveyor 3'
  • ( ⁇ D') is a proportional coefficient determined by the cross-sectional shape of the curved belt conveyor 3'. This is the equivalent width when replaced with a rectangle D'.
  • the layer thickness D of the object to be measured and the approximate layer thickness D' will be used as the layer thickness D without distinction.
  • the moisture content calculation unit 30 is made up of hardware resources such as a computer, and calculates the phase difference and attenuation rate measured by the microwave evaluation unit 13, and the bulk density Q calculated by the bulk density calculation unit 20.
  • the moisture content of the object to be measured S is calculated using .
  • the water content calculation unit 30 sets the layer thickness of the object S to be measured as D (m), the phase difference as ⁇ (deg), the attenuation rate as A (dB), and the bulk density as Q (kg/m 3 ). Then, the water content W (mass %) of the object to be measured S is calculated using the following formula (2).
  • K ⁇ , K A , and K C in Equation (2) are coefficients, and are determined by the type of object S (brand of coal), the distance between the microwave transmitter 11 and the microwave receiver 12, and the belt. It is set in advance according to the material of the conveyor 3, the thickness of the belt conveyor 3, etc. Thereby, even if the layer thickness D of the measured object S varies greatly, the water content W of the measured object S can be reliably measured without dropping the measured object S from the belt conveyor 3. .
  • the above K ⁇ , K A , and K C are based on the JIS analysis moisture and phase difference ⁇ , attenuation rate A (dB), bulk density Q, etc. for a coal sample whose moisture content has been measured in advance. is determined in advance by measuring it multiple times (at three or more points, the same number as variables).
  • the object to be measured S is cut out from the cutting device 2 onto the belt conveyor 3, and is transported toward, for example, a humidity controller.
  • the bulk density calculation unit 20 obtains the amount M of the object S to be measured to be supplied to the belt conveyor 3 and the conveyance speed V of the object S to be measured by the belt conveyor 3 at any time.
  • the layer thickness D of the object to be measured S on the belt conveyor 3 is measured by the layer thickness measuring device 21.
  • the amount of the object to be measured on the belt conveyor 3 is determined.
  • the bulk density Q of the measurement object S is calculated (bulk density calculation step).
  • the layer thickness measuring device 21 is located downstream of the cutting device 2 in the direction in which the object to be measured S is transported by the belt conveyor 3. Therefore, there is a gap between the time when the object to be measured S is supplied onto the belt conveyor 3 by the cutting device 2 and the time when the layer thickness D of the object to be measured S on the belt conveyor 3 is measured by the layer thickness measuring device 21. There is a time lag. Therefore, the above-mentioned points in time, time lag, conveyance speed V of the object S by the belt conveyor 3, etc. are input to the bulk density calculation unit 20 as tracking information. Then, the bulk density Q of the object to be measured S calculated by the bulk density calculating section 20 is corrected based on the tracking information. Alternatively, the layer thickness D of the object S on the belt conveyor 3 is measured by the layer thickness measuring device 21 in consideration of the above-mentioned time lag, and the measured value is input to the bulk density calculation section 20.
  • the microwave transmitter 11 irradiates the transmitted microwave to the object S on the belt conveyor 3 whose bulk density Q has been measured, and the transmitted microwave transmitted through the object S is transmitted to the microwave receiver 12. Receive it as a microwave. Then, the phase difference ⁇ between the transmitted microwave and the received microwave and the attenuation rate A are determined (microwave measurement step). Thereafter, the water content calculation unit 30 uses the phase difference ⁇ and the attenuation rate A measured by the microwave evaluation unit 13 and the bulk density Q calculated by the bulk density calculation unit 20 to calculate ), the moisture content W of the object to be measured S is calculated (moisture content calculation step).
  • a microwave transmitting section 11 and a microwave receiving section 12 are located downstream of the cutting device 2 and the layer thickness measuring device 21 in the conveyance direction of the object S to be measured by the belt conveyor 3. Therefore, the time when the layer thickness D of the object to be measured S on the belt conveyor 3 is measured by the layer thickness measuring device 21 and the time when the microwave transmitter 11 and the microwave receiver 12 transmit and receive the transmitted microwaves are different. There is a time lag in between. Therefore, the above-mentioned points in time, time lag, conveyance speed V of the object S by the belt conveyor 3, etc. are input to the moisture content calculation unit 30 as tracking information. Then, based on the tracking information, the moisture content W of the object to be measured S calculated by the moisture content calculation section 30 is corrected. Alternatively, the water content calculating section 30 calculates the water content W by transmitting a transmission microwave from the microwave transmitting section 11 to the object to be measured S, taking into account the above-described time lag.
  • the bulk density Q of the object to be measured S is calculated in real time based on each piece of tracking information and the layer thickness D of the object to be measured S on the belt conveyor 3 measured in a non-contact manner. be able to. Then, the water content W can be calculated or measured based on the measured bulk density Q. Therefore, there is no need to physically perform a process to make the bulk density Q of the object to be measured S constant. That is, according to the moisture content measuring method and the moisture content measuring device 1 according to the present embodiment, even when the layer thickness D of the object to be measured S on the belt conveyor 3 is small, the moisture content W can be reliably and accurately measured. can be measured.
  • the object to be measured S does not fall from the top of the belt conveyor 3, or the fall of the object S to be measured can be suppressed, and highly accurate moisture content measurement results can be continuously obtained in this state.
  • the belt conveyor 3 transports the coal to a humidity controller (not shown).
  • the humidity conditioner the coal is dried so that the moisture content of the coal falls within a set range based on the moisture content measured by the moisture content measuring device 1 shown in FIG.
  • the thus dried coal is put into a coke oven (not shown) and carbonized to produce coke.
  • the coke manufacturing method described above corresponds to the coke manufacturing method in this embodiment.
  • the moisture content of coal was measured using a measuring device that simulated a state in which approximately 6 kg of coal was cut onto a belt conveyor 3 with a conveyance speed of 3 m/s. Specifically, a container with a width of 30 cm was prepared, and the container was placed on a piece of waste material instead of the belt conveyor 3. Thereafter, 6 kg of coal is charged into the container using a device that simulates the cutting device 2, and the distance to the bottom of the container and the distance to the surface of the coal at the four corners of the container are measured using the layer thickness measuring device 21. did. The layer thickness of the coal at the four corners of the container was calculated, and the average value of the layer thickness at the four corners was taken as the overall layer thickness. Then, the bulk density was calculated by the bulk density calculating section 20 using the transportation speed, layer thickness, and weight.
  • a microwave transmitting section 11 and a microwave receiving section 12 were arranged to sandwich the container containing coal and the waste material to transmit and receive microwaves. Then, the microwave evaluation unit 13 calculated the phase difference and the attenuation rate. Then, the water content calculating section 30 calculated the water content W based on the above equation (2).
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the moisture content measured using a simulator of the moisture content measuring device shown in FIG. 1 and the moisture content measured by the JIS analysis method.
  • the moisture content is determined by the above method for six types of coal brands used for coke production as the object S to be measured.
  • the moisture content measured by the moisture content measuring device 1 in Figure 1 almost matches the moisture content determined by the JIS analysis method, indicating that highly accurate moisture content measurement is possible. It could be confirmed.
  • the embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments, and various changes can be made.
  • the water content W of the object to be measured S is measured by transmitting a transmission microwave to the object to be measured S being transported by the belt conveyor 3.
  • the object to be measured S is placed substantially linearly on a predetermined mounting portion, and the microwave is applied along the length direction of the object S placed substantially linearly.
  • the transmitter 11 and the microwave receiver 12 may be moved to measure the moisture content of the object S.
  • the object to be measured S, the microwave transmitter 11, and the microwave receiver 12 only need to be configured to be relatively movable. Even with such a configuration, substantially the same actions and effects as those of the embodiment described above can be obtained.
  • the object to be measured S is coal and the moisture content is measured in the coke manufacturing process, but the present invention is not limited to this.
  • the object to be measured S may be, for example, iron ore, sintered ore, or anything containing water.
  • Moisture content measuring device 2 Cutting device 3, 3' Belt conveyor 10
  • Microwave evaluation unit 11 Microwave transmitting section 12
  • Microwave receiving section 13 Microwave evaluating section 20
  • Bulk density calculating section 21
  • Layer thickness measuring device 30 Moisture content calculating section S Object to be measured

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Abstract

被測定物の層厚が変動しても、確実に被測定物の含水率を測定することができる含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法を提供する。　含水率測定方法は、被測定物Ｓに対して移動するマイクロ波送信部１１によって被測定物Ｓに送信マイクロ波を送信したときに、被測定物Ｓを透過した送信マイクロ波をマイクロ波受信部１２によって受信マイクロ波として受信し、送信マイクロ波と受信マイクロ波との位相差及び減衰率を求めるマイクロ波測定工程と、被測定物Ｓの量と、マイクロ波送信部１１に対する被測定物Ｓの移動速度と、被測定物Ｓの層厚とに基づいて被測定物Ｓの嵩密度を算出する嵩密度算出工程と、マイクロ波評価部１３により測定された位相差及び減衰率と嵩密度とを用いて、被測定物Ｓの含水率を算出する含水率算出工程と、を有する。

Description

含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法
　本発明は，マイクロ波を用いて被測定物の含水率を測定する含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法に関するものである。
　製鉄工場において、コークスの原料となる石炭は、ベルトコンベヤによって運搬され、調湿機によって乾燥された後にコークス炉に投入される。一般的には、石炭の含水率が低いほど、コークスの品質は向上する。しかしながら、石炭の含水率が低すぎる場合には、運搬中の石炭の粉塵発生量の増加、発火の危険性、及び、コークス炉の押し詰まりといった問題が発生する可能性がある。このため、石炭の含水率を所定範囲に制御することが必要である。
　石炭の含水率を測定する技術として、マイクロ波を利用する技術が知られている。この技術では、ベルトコンベヤ上の石炭にマイクロ波が照射され、石炭におけるマイクロ波の伝播特性の変化に基づいて石炭の含水率が測定される。また、このマイクロ波を利用した石炭の含水率の測定技術では、石炭の嵩密度の情報が必要になる。通常、嵩密度は、放射線の一種であるガンマ線が物質中を通過する際に弱められるという性質を利用して測定される。しかしながら、ガンマ線は取扱いが厳しく規制されており、ガンマ線を用いて嵩密度を測定する方法は管理コストがかかる。
　そこで、石炭の嵩密度を物理的に一定にした状態でマイクロ波による含水率の測定を行う方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１には、スクレーパーを使ってベルトコンベヤ上の石炭の表面を物理的に均し、嵩密度を均一にすることが開示されている。特許文献２には、石炭層内に埋め込んだ水分計によって、嵩密度の変動の影響を受けることなく石炭の含水量を測定する方法が開示されている。
特開平７－５５７２６号公報 特許第６０７５０４４号公報
　特許文献１、２のいずれの場合も、被測定物の層厚が一定以上の層厚を有することを前提としている。すなわち、被測定物の層厚が薄過ぎる場合、スクレーパーが石炭に当たらずに嵩密度を一定にできない、もしくは、水分計が被測定物に接触しない、という事態が生じる可能性がある。一方、被測定物の層厚が厚過ぎる場合、スクレーパー、もしくは、測定装置が被測定物に衝突し、衝突した被測定物がベルトコンベヤから落下してしまう可能性がある。
　本発明は、上記課題を解決すべく、被測定物の層厚が変動しても、確実に被測定物の含水率を測定することができる含水率測定方法及び含水率測定装置並びにコークスの製造方法を提供することにある。
［１］被測定物の含水率を測定する含水率測定方法であって、前記被測定物に対して移動するマイクロ波送信部によって前記被測定物に送信マイクロ波を送信したときに、前記被測定物を透過した送信マイクロ波をマイクロ波受信部によって受信マイクロ波として受信し、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率を求めるマイクロ波測定工程と、前記被測定物の量と、前記マイクロ波送信部に対する前記被測定物の移動速度と、前記被測定物の層厚とに基づいて前記被測定物の嵩密度を算出する嵩密度算出工程と、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率と、嵩密度とに基づいて、前記被測定物の含水率を算出する含水率算出工程と、を有する含水率測定方法。
［２］嵩密度をＱ（ｋｇ／ｍ３）、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差をφ（ｄｅｇ）、減衰率をＡ（ｄＢ）、前記被測定物の層厚をＤ（ｍ）、係数をＫφ、ＫＡ、ＫＣとしたとき、前記被測定物Ｓの含水率Ｗ（質量％）は、下記式（２）により算出される［１］に記載の含水率測定方法。
　　　　Ｗ＝（Ｋφ×φ＋ＫＡ×Ａ）／（Ｑ×Ｄ）＋ＫＣ　　　　・・・（２）
［３］前記被測定物は、石炭である［１］又は［２］に記載の含水率測定方法。
［４］［１］ないし［３］のいずれかに記載された含水率測定方法によって石炭の含水率を測定し、測定した含水率に基づいて、含水率が設定範囲内に収まるように石炭を乾燥させ、乾燥させた石炭をコークス炉へ運搬し、乾燥させた石炭をコークス炉に投入して乾留することによってコークスを製造するコークスの製造方法。
［５］被測定物の含水率を測定する含水率測定装置であって、前記被測定物に対して移動するように構成されており、前記被測定物に送信マイクロ波を送信するマイクロ波送信部と、前記被測定物を透過した送信マイクロ波を受信マイクロ波として受信するマイクロ波受信部と、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率を求めるマイクロ波評価部と、を有するマイクロ波評価ユニットと、前記被測定物の量と、前記マイクロ波送信部に対する前記被測定物の移動速度と、前記被測定物の層厚とに基づいて前記被測定物の嵩密度を算出する嵩密度算出部と、前記マイクロ波評価部により測定された位相差及び減衰率と、前記嵩密度算出部により算出された前記嵩密度とに基づいて、前記被測定物の含水率を算出する含水率算出部と、を有する含水率測定装置。
　本発明によれば、被測定物の層厚が変動する場合であっても含水率を確実に測定することができる。
本発明の含水率測定装置の好ましい実施形態を示す模式図である。 ３ロール式の湾曲したベルトコンベヤの一例を示す図である。 図１の含水率測定装置の模擬装置を用いて測定した含水率と、ＪＩＳ分析法によって測定した含水率との関係を示すグラフである。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の含水率測定装置の好ましい実施形態を示す模式図である。図１の含水率測定装置１は、例えば切出装置２からベルトコンベヤ３上に供給された被測定物Ｓである石炭の含水率を測定するものである。含水率を測定された石炭はベルトコンベヤ３によって搬送方向で含水率測定装置１の下流側に位置する図示しない調湿機に運搬される。調湿機において、図１に示す含水率測定装置１によって測定された含水率に基づいて、石炭の含水率が設定範囲内に収まるように石炭を乾燥する。その後、乾燥された石炭が図示しないコークス炉に投入されて、乾留されることによってコークスが製造される。なお、本発明の実施形態では、搬送装置の一例としてベルトコンベヤ３を例示しているが、これに限定されず、ローラーコンベヤであってもよい。
　含水率測定装置１は、マイクロ波評価ユニット１０と、嵩密度算出部２０と、含水率算出部３０とを有する。マイクロ波評価ユニット１０は、被測定物Ｓにマイクロ波を送信し、その送信したマイクロ波と被測定物Ｓを透過したマイクロ波との位相差及び減衰率を求める。嵩密度算出部２０は、被測定物Ｓの嵩密度を算出する。含水率算出部３０は、被測定物Ｓの含水率を算出する。マイクロ波評価ユニット１０は、具体的には、マイクロ波送信部１１とマイクロ波受信部１２とマイクロ波評価部１３とを有する。マイクロ波送信部１１は、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓに送信マイクロ波を照射する。マイクロ波受信部１２は、被測定物Ｓを透過した送信マイクロ波を受信マイクロ波として受信する。マイクロ波評価部１３は、送信マイクロ波と受信マイクロ波との位相差、及び、減衰率を求める。
　マイクロ波送信部１１とマイクロ波受信部１２とは、それぞれ例えばアンテナからなっており、被測定物Ｓを挟んで互いに対向する位置に位置決めされている。マイクロ波の波長、及び、マイクロ波送信部１１とマイクロ波受信部１２との間の距離等は、被測定物Ｓの種類（石炭の銘柄）に応じて適宜設定することができる。マイクロ波評価部１３は、例えばコンピュータ等のハードウェア資源からなる。マイクロ波評価部１３は、ケーブルを介してマイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２にそれぞれ接続され、マイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２の動作を制御する。具体的には、マイクロ波評価部１３は、マイクロ波送信部１１から所定のエネルギー、及び、所定の位相の送信マイクロ波を送信させる。またそのときに、マイクロ波受信部１２によって受信された受信マイクロ波の位相、及び、エネルギーを取得する。そして、マイクロ波評価部１３は、送信マイクロ波と受信マイクロ波との位相差、及び、減衰率を算出する。
　嵩密度算出部２０は、例えばコンピュータ等のハードウェア資源からなる。嵩密度算出部２０は、ベルトコンベヤ３への被測定物Ｓの供給量と、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度と、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚とを取得し、それらに基づいて被測定物Ｓの嵩密度を算出する。嵩密度算出部２０は、例えば、ベルトコンベヤ３上に被測定物Ｓを供給する切出装置２から被測定物Ｓの供給量を取得する。また、嵩密度算出部２０は、例えば、ベルトコンベヤ３を制御する運搬制御装置から被測定物Ｓの運搬速度を取得する。上述したベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度が、本実施形態における被測定物の移動速度に相当する。
　ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚は、層厚測定器２１によって測定される。層厚測定器２１は、被測定物Ｓの上部であって例えばベルトコンベヤ３におけるマイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２よりも上流側に設置されている。つまり、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬方向で上流側から切出装置２、層厚測定器２１、マイクロ波送信部１１の順に設置されている。層厚測定器２１は、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓに対してその上方から超音波又はレーザー等を照射することで、層厚測定器２１から被測定物Ｓまでの距離を非接触で測定する。具体的には、層厚測定器２１には、ベルトコンベヤ３までの距離が記憶されている。そして、層厚測定器２１は、層厚測定器２１からベルトコンベヤ３までの距離と層厚測定器２１から被測定物Ｓまでの距離とを用いて、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚を算出する。
　嵩密度算出部２０は、被測定物Ｓの単位時間当たりの切出量Ｍ（ｋｇ／ｓ）と、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度Ｖ（ｍ／ｓ）と、被測定物Ｓの層厚Ｄ（ｍ）と、ベルトコンベヤ３の幅Ｗｃｂ（ｍ）とを用いて、下記式（１）に基づきベルトコンベヤ３の被測定物Ｓの嵩密度Ｑ（ｋｇ／ｍ３）を求める。なお、詳細は図示しないが、下記式（１）は、平坦なベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの嵩密度Ｑ（ｋｇ／ｍ３）を算出するものである。つまり、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの幅は、ベルトコンベヤ３の幅Ｗｃｂとほぼ同程度になっている。
　　　　Ｑ＝Ｍ／（Ｖ×Ｄ×Ｗｃｂ）　　　　　・・・（１）
　ベルトコンベヤ３が図２に示すような３ロール式の湾曲したベルトコンベヤ３’の場合、被測定物Ｓの幅は概略層厚Ｄ’に比例すると考えられる。概略層厚Ｄ’は、ベルトコンベヤ３’の幅方向において被測定物Ｓの中央部の層厚を意味している。そのため、（１）式の代わりに下記の（１’）式を採用する。
　　　Ｑ＝Ｍ／｛Ｖ×Ｄ’×（α×Ｄ’）｝　　　　・・・（１’）
　ただし、αは湾曲したベルトコンベヤ３’の断面形状によって決まる比例係数であり、（α×Ｄ’）は湾曲したベルトコンベヤ３’上の被測定物Ｓの断面を、断面積が等しく高さがＤ’である長方形に置き換えた場合の等価幅である。以降、被測定物の層厚Ｄと概略層厚Ｄ’を区別せず層厚Ｄとして用いる。
　含水率算出部３０は、例えばコンピュータ等のハードウェア資源からなっており、マイクロ波評価部１３により測定された位相差、及び、減衰率と、嵩密度算出部２０により算出された嵩密度Ｑとを用いて、被測定物Ｓの含水率を算出する。ここで、含水率算出部３０は、被測定物Ｓの層厚をＤ（ｍ）、位相差をφ（ｄｅｇ）、減衰率をＡ（ｄＢ）、嵩密度をＱ（ｋｇ／ｍ３）としたとき、下記式（２）により被測定物Ｓの含水率Ｗ（質量％）を算出する。
　　　　Ｗ＝（Ｋφ×φ＋ＫＡ×Ａ）／（Ｑ×Ｄ）＋ＫＣ　　　　・・・（２）
　式（２）のＫφ、ＫＡ、及び、ＫＣは係数であって、被測定物Ｓの種類（石炭の銘柄）、マイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２の距離、ベルトコンベヤ３の材質及びベルトコンベヤ３の厚さ等に応じて予め設定される。これにより、被測定物Ｓの層厚Ｄが大きく変動する場合であっても、ベルトコンベヤ３から被測定物Ｓを落下させることなく確実に被測定物Ｓの含水率Ｗを測定することができる。なお、上記のＫφ、ＫＡ、及び、ＫＣは、予め含水率を測定してある石炭のサンプルに対して、ＪＩＳ分析水分と位相差φ、減衰率Ａ（ｄＢ）、嵩密度Ｑなどを複数回（変数と同じ数の３点以上）、測定しておくことによって、予め決定される。
　図１を参照して本発明の含水率測定方法の好ましい実施形態の作用について説明する。まず、被測定物Ｓが切出装置２からベルトコンベヤ３上に切り出され、例えば調湿機へ向かって運搬される。このとき、嵩密度算出部２０において、ベルトコンベヤ３への被測定物Ｓの供給量Ｍと、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓ運搬速度Ｖとが随時取得される。さらに、被測定物Ｓが層厚測定器２１の位置まで運搬されたとき、層厚測定器２１によってベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄが測定される。そして、被測定物Ｓの供給量（切出量）Ｍとベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度Ｖと層厚Ｄとベルトコンベヤ３の幅Ｗｃｂとに基づいて、ベルトコンベヤ３での被測定物Ｓの嵩密度Ｑが算出される（嵩密度算出工程）。
　本実施形態では、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬方向で切出装置２の下流側に層厚測定器２１が位置している。そのため、ベルトコンベヤ３上に、切出装置２によって被測定物Ｓが供給された時点と、層厚測定器２１によってベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄを測定した時点との間には、タイムラグがある。したがって、上述した各時点、タイムラグ、および、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度Ｖなどがトラッキング情報として嵩密度算出部２０に入力される。そして、トラッキング情報に基づいて、嵩密度算出部２０で算出される被測定物Ｓの嵩密度Ｑが補正される。あるいは、上述したタイムラグを考慮して層厚測定器２１によってベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄが測定され、その測定値が嵩密度算出部２０に入力される。
　次に、嵩密度Ｑが測定されたベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓに、マイクロ波送信部１１によって送信マイクロ波を照射し、被測定物Ｓを透過した送信マイクロ波をマイクロ波受信部１２によって受信マイクロ波として受信する。そして、送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差φ、及び、減衰率Ａを求める（マイクロ波測定工程）。その後、含水率算出部３０において、マイクロ波評価部１３により測定された位相差φ、及び、減衰率Ａと、嵩密度算出部２０により算出された嵩密度Ｑとを用いて、上記式（２）により被測定物Ｓの含水率Ｗが算出される（含水率算出工程）。
　ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬方向で切出装置２や層厚測定器２１の下流側にマイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２が位置している。そのため、層厚測定器２１によってベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄを測定した時点と、マイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２によって送信マイクロ波を送受信した時点との間には、タイムラグがある。したがって、上述した各時点、タイムラグ、および、ベルトコンベヤ３による被測定物Ｓの運搬速度Ｖなどがトラッキング情報として含水率算出部３０に入力される。そして、トラッキング情報に基づいて、含水率算出部３０で算出される被測定物Ｓの含水率Ｗが補正される。あるいは、含水率算出部３０では、上述したタイムラグを考慮して被測定物Ｓにマイクロ波送信部１１から送信マイクロ波を送信して含水率Ｗを算出する。
　上記本実施形態によれば、各トラッキング情報、及び、非接触で測定したベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄなどに基づいて、リアルタイムで被測定物Ｓの嵩密度Ｑを算出することができる。そして、測定した嵩密度Ｑに基づいて含水率Ｗを算出あるいは測定することができる。そのため、物理的に被測定物Ｓの嵩密度Ｑを一定にする処理を行う必要がない。つまり、本実施形態に係る含水率測定方法及び含水率測定装置１によれば、ベルトコンベヤ３上の被測定物Ｓの層厚Ｄが薄い場合であっても、確実にかつ精度よく含水率Ｗを測定することができる。具体的には、上述した特許文献１に記載の方法では、ベルトコンベヤ上に載置された石炭の層厚が薄いことによって、当該石炭の上端部がスクレーパーに接触しない場合には、嵩密度を均一にできない。そのため、精度よく、石炭の含水率の測定を行うことができない可能性がある。しかしながら、本実施形態に係る含水率測定方法及び含水率測定装置１では、被測定物Ｓの層厚Ｄによらずに、含水率Ｗの測定を精度よく行うことができる。また、本実施形態に係る含水率測定方法及び含水率測定装置１では、スクレーパーを設ける必要がないため、スクレーパーに石炭が衝突することがない。そのため、被測定物Ｓがベルトコンベヤ３上から落下することなく、あるいは、被測定物Ｓの落下を抑制することができ、その状態で連続的に高精度な含水率測定結果を得ることができる。その後、ベルトコンベヤ３によって図示しない調湿機に石炭が運搬される。そして、調湿機において、図１に示す含水率測定装置１によって測定された含水率に基づいて、石炭の含水率が設定範囲内に収まるように乾燥される。こうして乾燥された石炭が図示しないコークス炉に投入されて、乾留されることによってコークスが製造される。なお、上述したコークスの製造方法が本実施形態におけるコークスの製造方法に相当する。
　図１の含水率測定装置１によって測定された含水率の精度を確認するために行った実施例について説明する。実施例では、運搬速度３ｍ／ｓのベルトコンベヤ３上に約６ｋｇの石炭を切出した状態を模擬した測定装置を使用して石炭の含水率の測定を行った。具体的には、３０ｃｍ幅の容器を用意し、容器をベルトコンベヤ３の代わりとなる廃材上に設置した。その後、切出装置２を模擬した装置を用いて容器内に６ｋｇの石炭を装入し、層厚測定器２１によって容器の底面までの距離と容器４隅の石炭の表面までの距離とを測定した。容器４隅の石炭の層厚を算出し、４隅の層厚の平均値を全体の層厚とした。そして、運搬速度と層厚と重量とを用いて嵩密度算出部２０により嵩密度を算出した。
　一方、石炭が入った容器と廃材とを挟むようにマイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２を配置しマイクロ波の送受信を行った。そして、マイクロ波評価部１３によって、位相差と減衰率とを算出した。そして、含水率算出部３０において、上記式（２）に基づき含水率Ｗを算出した。
　図３は、図１の含水率測定装置の模擬装置を用いて測定した含水率と、ＪＩＳ分析法によって測定した含水率との関係を示すグラフである。なお、図３においては、被測定物Ｓとしてコークス製造に用いられる石炭銘柄６種について上記方法により含水率を求めている。図３に示すように、図１の含水率測定装置１で測定された含水率は、ＪＩＳ分析法で求めた含水率とほぼ一致しており、高精度な含水率測定が可能であることを確認できた。
　本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず種々の変更を加えることができる。上記実施形態では、ベルトコンベヤ３によって運搬されている被測定物Ｓに送信マイクロ波を送信して被測定物Ｓの含水率Ｗを測定している。しかしながら、これに代えて、所定の載置部の上に被測定物Ｓをほぼ線状に載置し、当該ほぼ線状に載置された被測定物Ｓの長さ方向に沿ってマイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２を移動させて被測定物Ｓの含水率を測定するように構成してもよい。つまり、被測定物Ｓと、マイクロ波送信部１１、及び、マイクロ波受信部１２とは、相対移動可能に構成されていればよい。このような構成であっても、上述した実施形態とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。また、例えば、上記実施形態において、被測定物Ｓは石炭であって、コークスの製造過程において含水率を測定する場合について例示しているが、これに限定されない。被測定物Ｓは、例えば、鉄鉱石や焼結鉱の他、水を含むものであればいずれであってもよい。
　１　　含水率測定装置
　２　　切出装置
　３、３’　　ベルトコンベヤ
　１０　マイクロ波評価ユニット
　１１　マイクロ波送信部
　１２　マイクロ波受信部
　１３　マイクロ波評価部
　２０　嵩密度算出部
　２１　層厚測定器
　３０　含水率算出部
　Ｓ　　被測定物

 

Claims (7)

  1. 　被測定物の含水率を測定する含水率測定方法であって、
    　前記被測定物に対して移動するマイクロ波送信部によって前記被測定物に送信マイクロ波を送信したときに、前記被測定物を透過した送信マイクロ波をマイクロ波受信部によって受信マイクロ波として受信し、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率を求めるマイクロ波測定工程と、
    　前記被測定物の量と、前記マイクロ波送信部に対する前記被測定物の移動速度と、前記被測定物の層厚とに基づいて前記被測定物の嵩密度を算出する嵩密度算出工程と、
    　前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率と、嵩密度とに基づいて、前記被測定物の含水率を算出する含水率算出工程と、
    　を有する含水率測定方法。
  2. 　嵩密度をＱ（ｋｇ／ｍ３）、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差をφ（ｄｅｇ）、減衰率をＡ（ｄＢ）、前記被測定物の層厚をＤ（ｍ）、係数をＫφ、ＫＡ、ＫＣとしたとき、前記被測定物Ｓの含水率Ｗ（質量％）は、下記式（２）により算出される請求項１に記載の含水率測定方法。
    　　Ｗ＝（Ｋφ×φ＋ＫＡ×Ａ）／（Ｑ×Ｄ）＋ＫＣ　・・・（２）
  3. 　前記被測定物は、石炭である請求項１又は２に記載の含水率測定方法。
  4. 　請求項１に記載された含水率測定方法によって石炭の含水率を測定し、
    　測定した含水率に基づいて、含水率が設定範囲内に収まるように石炭を乾燥させ、
    　乾燥させた石炭をコークス炉へ運搬し、
    　乾燥させた石炭をコークス炉に投入して乾留することによってコークスを製造するコークスの製造方法。
  5. 　請求項２に記載された含水率測定方法によって石炭の含水率を測定し、
    　測定した含水率に基づいて、含水率が設定範囲内に収まるように石炭を乾燥させ、
    　乾燥させた石炭をコークス炉へ運搬し、
    　乾燥させた石炭をコークス炉に投入して乾留することによってコークスを製造するコークスの製造方法。
  6. 　請求項３に記載された含水率測定方法によって石炭の含水率を測定し、
    　測定した含水率に基づいて、含水率が設定範囲内に収まるように石炭を乾燥させ、
    　乾燥させた石炭をコークス炉へ運搬し、
    　乾燥させた石炭をコークス炉に投入して乾留することによってコークスを製造するコークスの製造方法。
  7. 　被測定物の含水率を測定する含水率測定装置であって、
    　前記被測定物に対して移動するように構成されており、前記被測定物に送信マイクロ波を送信するマイクロ波送信部と、前記被測定物を透過した送信マイクロ波を受信マイクロ波として受信するマイクロ波受信部と、前記送信マイクロ波と前記受信マイクロ波との位相差及び減衰率を求めるマイクロ波評価部と、を有するマイクロ波評価ユニットと、
    　前記被測定物の量と、前記マイクロ波送信部に対する前記被測定物の移動速度と、前記被測定物の層厚とに基づいて前記被測定物の嵩密度を算出する嵩密度算出部と、
    　前記マイクロ波評価部により測定された位相差及び減衰率と、前記嵩密度算出部により算出された前記嵩密度とに基づいて、前記被測定物の含水率を算出する含水率算出部と、
    　を有する含水率測定装置。

     
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