JP6551027B2 - 石炭塊成機のロールを冷却する方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭塊成機のロールを冷却する方法に関する。

製鉄用コークスを製造するに当たり、事前に石炭を乾燥、分級、塊成化する処理が行われる。その際、ダブルロール式塊成機を用いて石炭を塊成化するのが一般的である。
近年、安価な石炭を活用する要請から、石炭の乾燥度を上げることや、重質のタール系バインダーを用いる技術の適用が進みつつあるが、いずれも石炭温度を上昇させる方向にある。そのため、塊成化時の石炭温度が上昇する傾向にある。塊成炭の温度が上昇すると、石炭塊成機のロール表面に石炭が付着しやすくなり、塊成歩留りが低下する弊害が生じる。

上記問題に対処するため、石炭塊成機のロールや石炭を冷却する対策が従来より考案されてきた。例えば、特許文献１には、成型モールドの表面温度がバインダー軟化点温度に近くなると成型モールド表面への石炭付着が著しくなるとし、成型モールドの表面を冷却する方法として、成型モールド表面に冷風を吹き付けたり、成型ロール内に冷却水を通すことが記載されている。
また、特許文献２には、ロール成型機における微粉炭の噛み込み性を改善するために、ロール表面に霧状水や水蒸気を吹き付ける方法が開示されている。

特開昭５７−１５１６９５号公報 特開２０１４−８０５２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法の場合、成型モールド表面に冷風を吹き付ける方法は空冷であることから温度低減効果が十分ではなく、高温化による塊成歩留りの低下が生じるおそれがあり、通水水冷もロール部分のみの冷却では、空冷と同様、冷却が不十分となる（後述する検証試験参照）。
一方、特許文献２に記載されている方法によればロール表面温度を低減することができるが、十分な冷却効果を得るためには大量の水をロール表面に吹き付ける必要があり、乾燥させた石炭の水分を上昇させる懸念がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ダブルロール式石炭塊成機のロール表面の温度を十分に低下させることにより、塊成を安定化させて塊成歩留りを高位に維持する方法を提供することを目的とする。

石炭塊成機のロールは、供給される石炭の熱量や塊成する際の塊成負荷による発熱により加温され、その表面温度が上昇する。ロールの表面温度が上昇すると、タール系バインダーの軟化の影響等によりロール表面に石炭が付着する。石炭の付着が著しいと塊成が阻害され、塊成炭の歩留りが低下する。そのため、安定した塊成のためには、ロールの表面温度を低減する必要がある。

本発明は、ロール表面温度に影響を及ぼす要因として、ロールの軸受部を支持するベアリング部における発熱の影響が大きいこと、因ってベアリング部によって支持される軸受部を冷却する効果が大きいことを本発明者等が知見したことに基づいている。
即ち、本発明に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法は、ダブルロール式石炭塊成機のロール両端の軸受部を冷却することを特徴としている。

本発明に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法では、一方の前記軸受部の外側端部から他方の前記軸受部の外側端部まで到達する孔を設けて前記孔に通水するようにしてもよいし、あるいは、一方の前記軸受部を貫通する孔と他方の前記軸受部を貫通する孔を設けて前記各孔に通水するようにしてもよい。

一方の前記軸受部の外側端部から他方の前記軸受部の外側端部まで到達する孔を設ける場合は、前記一方の軸受部側から前記孔にパイプを挿入し、前記一方の軸受部側から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水すればよい。
また、一方の前記軸受部を貫通する孔と他方の前記軸受部を貫通する孔を設ける場合は、前記各孔にパイプを挿入し、前記一方の軸受部から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水すると共に、前記他方の軸受部から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水すればよい。

本発明に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法では、ダブルロール式石炭塊成機のロール両端の軸受部を冷却することにより、軸受部を支持するベアリング部の発熱を効果的に除去してロール表面の温度を十分に低下させることができる。その結果、塊成を安定化させて塊成歩留りを高位に維持することができる。

ダブルロール式石炭塊成機の模式図である。 （Ａ）はダブルロール式石炭塊成機のロールによる加圧方法を示した模式図、（Ｂ）はロールの支持機構を示した模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法を示した模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法を示した模式図である。 塊成ロール部と一方の軸受部に通水する方法を示した模式図である。 塊成ロール部を水冷又は空冷する方法を示した模式図である。 各ロール冷却方法についてロール表面温度と塊成歩留りを示したグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

石炭を塊成化処理するダブルロール式石炭塊成機１０を図１に示す。
ダブルロール式石炭塊成機１０は、対向配置された一対のロール１１、１２と、石炭が貯留されるホッパー１８と、ホッパー１８内の石炭をロール１１、１２間の間隙に装入するスクリュー１９とから概略構成されている。

一対のロール１１、１２はケーシング１７内に収納され、一方のロール１１が固定ロール、他方のロール１２が可動ロールとされている（図２（Ａ）参照）。各ロール１１、１２は、図２（Ｂ）に示すように、石炭を塊成する塊成ロール部１３と、塊成ロール部１３の両端に位置し、塊成ロール部１３と一体化された軸受部１４、１５とから構成され、一対の軸受部１４、１５は各軸受部１４、１５に嵌装されたベアリング部１６によって支持されている。
可動ロールとなるロール１２の軸受部１４、１５を油圧で加圧することにより、一対のロール１１、１２が相互に押し合う機構となっている。可動ロールとなるロール１２を固定ロールであるロール１１に押し付けて圧加しつつ回転させ、ホッパー１８から排出される石炭をロール１１、１２間の間隙に噛み込ませることで石炭が塊成化される。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法について図３を用いて説明する。
本実施の形態では、一方の軸受部１４の外側端部から他方の軸受部１５の外側端部まで到達する孔２０を設け、形成した孔２０に一方の軸受部１４側からパイプ３２を挿入して二重管を形成する。
ここで、「外側端部」とは、塊成ロール部１３から遠い側の軸受部１４、１５の端部を指す。また、「他方の軸受部１５の外側端部まで到達する孔２０」とは、他方の軸受部１５の軸方向長さの半分以上の部分に孔２０が存在することを表している。

孔２０の内径は１００ｍｍ程度、パイプ３２の外径は５０ｍｍ程度である。なお、孔２０の底面とパイプ３２の先端との間には、水が流通するための間隙が設けられている。また、孔２０の入口には、孔２０に給水するための外管２８が、一方の軸受部１４から延出するパイプ３２を取り巻くように取り付けられている。
外管２８内に給水すると、外管２８から孔２０内に供給された水は、孔２０の底部からパイプ３２内に進入し、一方の軸受部１４から延出するパイプ３２の後端から排出される。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る石炭塊成機のロールを冷却する方法を示したものである。
本実施の形態では、一方の軸受部１４を貫通する孔２１と他方の軸受部１５を貫通する孔２２を設けて、各孔２１、２２にパイプ３３、３４が挿入されている。本実施の形態では、塊成ロール部１３を貫通する孔は設けられておらず、一対の軸受部１４、１５のみ冷却され、塊成ロール部１３は冷却されない。
第１の実施の形態と同様、孔２１の入口に取り付けた外管２９から孔２１内に供給された水は、一方の軸受部１４から延出するパイプ３３の後端から排出され、孔２２の入口に取り付けた外管３０から孔２２内に供給された水は、他方の軸受部１５から延出するパイプ３４の後端から排出される。

次に、本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
本検証試験では、第１の実施の形態を実施例１、第２の実施の形態を実施例２とした。また、比較のため、冷却方法の異なる比較例１〜３ケース及び冷却無しのケースについても試験を実施した。

図５に比較例１を示す。本例では、一方の軸受部１４と塊成ロール部１３を貫通する孔２３を設けて、孔２３にパイプ３５が挿入されている。本例では、他方の軸受部１５を貫通する孔は設けられておらず、一方の軸受部１４と塊成ロール部１３が冷却され、他方の軸受部１５は冷却されない。
孔２３の入口に取り付けた外管３１から孔２３内に供給された水は、一方の軸受部１４から延出するパイプ３５の後端から排出される。

図６に比較例２及び３を示す。本例では、ロール１１、１２の塊成ロール部１３の直下に冷却ノズル４０を配し、塊成ロール部１３全幅に亘って水又はエアーが当たるようになっている。
比較例２では、冷却ノズル４０から塊成ロール部１３に向けて、ロール１本当たり３０Ｌ／ｈの水を噴射した。なお、この水量は、噴射した水がほぼ蒸発し、石炭の含水量が上昇しない範囲に留まる量とされている。
比較例３では、冷却ノズル４０から塊成ロール部１３に向けて、ロール１本当たり３００Ｎｍ^３／ｈのエアーを噴射した。

石炭の塊成は以下のように行った。
粒子径１ｍｍ以下の乾燥微粉炭にタール系バインダーを８質量％添加し、混合、混練した。混練後の石炭温度は約７０℃であった。この石炭を直径１ｍ、幅１ｍのダブルロール式石炭塊成機に連続的に供給し、ロール反力１８０ｔｏｎ、ロール回転数１０ｒｐｍで塊成した。塊成時のロール表面温度を放射温度計で測定し、安定した温度となるまで同一条件で塊成を継続した。ロールの表面温度が安定した時点で塊成炭をサンプリングして分級装置で分級し、粒径１ｍｍ以上の質量割合を塊成歩留りとした。

検証試験の結果を図７に示す。同図より以下のことがわかる。
塊成ロール部を空冷や水冷しただけではロール表面温度が十分に低下せず、塊成歩留りの改善も低位であった（比較例２、３、冷却無し参照）。これに対し、ロール内を通水冷却した場合は、ロール表面温度の低下が比較的大きく、塊成歩留りも大きく改善した（実施例１、２、比較例１参照）。特に、冷却範囲を塊成ロール部と一方の軸受部とした比較例１に比べて、実施例１及び２のように両軸受部を冷却した場合に、ロール表面温度がより大きく低下し、塊成歩留りの改善も大きなものとなった。

この原因について検討したところ、混練炭の入熱と塊成負荷に伴う発熱が、ロール表面の温度を上昇させる要因として支配的と思われたが、これに加えてロールの軸受部における摩擦発熱の影響も大きいことが判明した。従って、ロール表面を冷却するためには、ロールの軸受部を冷却することが効果的であり、ロールの軸受部を冷却することを本発明において規定した。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、孔内に給水し、パイプから排水しているが、パイプ内に給水し、孔から排水するようにしてもよい。

１０：ダブルロール式石炭塊成機、１１、１２：ロール、１３：塊成ロール部、１４、１５：軸受部、１６：ベアリング部、１７：ケーシング、１８：ホッパー、１９：スクリュー、２０、２１、２２、２３：孔、２８、２９、３０、３１：外管、３２、３３、３４、３５：パイプ、４０：冷却ノズル

Claims (4)

1. ダブルロール式石炭塊成機のロール両端の軸受部を冷却することを特徴とする石炭塊成機のロールを冷却する方法。
2. 請求項１記載の石炭塊成機のロールを冷却する方法において、一方の前記軸受部の外側端部から他方の前記軸受部の外側端部まで到達する孔を設け、前記孔に通水することを特徴とする石炭塊成機のロールを冷却する方法。
3. 請求項２記載の石炭塊成機のロールを冷却する方法において、前記一方の軸受部側から前記孔にパイプを挿入し、前記一方の軸受部側から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水することを特徴とする石炭塊成機のロールを冷却する方法。
4. 請求項１記載の石炭塊成機のロールを冷却する方法において、一方の前記軸受部を貫通する孔と他方の前記軸受部を貫通する孔を設けて前記各孔にパイプを挿入し、前記一方の軸受部から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水すると共に、前記他方の軸受部から前記孔内に給水し該軸受部から延出する前記パイプから排水することを特徴とする石炭塊成機のロールを冷却する方法。

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