(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾留炉の内部に対向して平行に配置した温度制御可能な板状の発熱体の間に石炭を充填した容器を位置せしめ、前記発熱体により容器内の石炭充填層を加熱昇温中に、前記乾留炉の外側に配置したＸ線発生管およびＸ線検出器を対向した状態に保持して前記乾留炉の外周に沿う円軌跡上を移動させつつ、前記Ｘ線発生管から容器内の石炭充填層に軟Ｘ線を透過させてＸ線検出器により検出するようにした乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法において、前記乾留炉の外側に配置した軟Ｘ線発生管からの軟Ｘ線を前記発熱体の加熱面に平行な全面がほぼ同一温度に加熱された断面に透過させて前記Ｘ線検出器で検出し、前記断面を透過する軟Ｘ線により連続的に得られる加熱昇温中での石炭充填層の異なった温度段階の断層画像に基づいて、該石炭充填層内部の膨張、収縮挙動を観察することを特徴とする乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法。
【請求項２】
前記断層画像を画像解析して、前記断層画像における温度の異なる同一位置の差分を求め、この差分により得られた差分画像に基づいて前記石炭充填層内部の石炭の軟化溶融時の膨張および膨張した石炭が再固化する過程での収縮を特定して石炭の軟化溶融時の膨張・収縮挙動を評価することを特徴とする請求項１記載の乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
安価にコークスを製造するため、従来使用されてきた原料石炭以外の一般炭の配合、コークス炉への予熱炭の装入、成形炭の配合、石炭の調湿装入等による改善や新石炭乾留法の開発が課題となってくる。このような課題を解決するためには、石炭の乾留過程を調査することが重要であり、従来より行われている石炭の乾留特性の評価のうち、石炭乾留中における溶融時の流動特性は、ギーセラープラストメータを用いて石炭の溶融性を測定することにより行われ（JIS-M8801 ）、石炭乾留中の膨張特性は、ディラトメータにより石炭の膨張を測定することにより行われている（JIS-M8801 ）。
【０００３】
しかし、これらの方法はバルク試料の変化を測定するものであるため、石炭充填層内部における状態変化と対応しているかを確認することができない。そこで、石炭充填層内部の状態変化を観察するために最近では、医療用のＸ線発生装置を用いて、石炭乾留過程における石炭充填層内部の直接観察が試みられている。例えば、特開昭61-234341 号公報では、乾留炉の内部に温度制御可能な加熱平面を対向して設けた発熱体の間に石炭を充填した容器を位置せしめ、前記発熱体により加熱昇温中に前記乾留炉内に位置させた容器内の石炭充填層に軟Ｘ線発生装置から発熱体の加熱面に対して垂直に軟Ｘ線を透過させ、これにより加熱面に対して垂直な断層画面を撮影する石炭乾留中の直接観察装置が提案されている。
【０００４】
また、特開昭62-43545号公報では、前記特開昭61-234341 号公報で提案された直接観察装置を用いて石炭、コークスの嵩密度測定方法が提案され、特開昭63-210185 号公報では、同様に前記直接観察装置を用いて発熱体の加熱面に対して垂直な断層画像を撮影して、軟化溶融層を評価する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術では、コークス強度の発現のキーとなる石炭を乾留した際の軟化溶融層は、発熱体の加熱面に対して垂直な断層画像を撮影している。このため、軟化溶融層は線でしか捕らえることができないので、軟化溶融層について得られる情報は少なく、軟化溶融層についてより多くの情報を得る方法が望まれていた。
【０００６】
本発明は、前記のような従来技術の現状をかんがみてなされたもので、乾留炉の内部に対向して設けた発熱体の間に石炭を充填した容器を位置せしめ、容器内の石炭充填層を発熱体により加熱昇温しながら乾留炉の外側に配置した軟Ｘ線発生装置を用いて容器内の石炭充填層に軟Ｘ線を透過させる観察方法を改善し、コークス強度発現のキーとなる乾留過程における石炭充填層内部の膨張、収縮等の状態変化を評価可能とすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、乾留炉の内部に対向して平行に配置した温度制御可能な板状の発熱体の間に石炭を充填した容器を位置せしめ、前記発熱体により容器内の石炭充填層を加熱昇温中に、前記乾留炉の外側に配置したＸ線発生管およびＸ線検出器を対向した状態に保持して前記乾留炉の外周に沿う円軌跡上を移動させつつ、前記Ｘ線発生管から容器内の石炭充填層に軟Ｘ線を透過させてＸ線検出器により検出するようにした乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法において、前記乾留炉の外側に配置した軟Ｘ線発生管からの軟Ｘ線を前記発熱体の加熱面に平行な全面がほぼ同一温度に加熱された断面に透過させて前記Ｘ線検出器で検出し、前記断面を透過する軟Ｘ線により連続的に得られる加熱昇温中での石炭充填層の異なった温度段階の断層画像に基づいて、該石炭充填層内部の膨張、収縮挙動を観察することを特徴とする乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法である。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、前記断層画像を画像解析して、前記断層画像における温度の異なる同一位置の差分を求め、この差分により得られた差分画像に基づいて前記石炭充填層内部の石炭の軟化溶融時の膨張および膨張した石炭が再固化する過程での収縮を特定して石炭の軟化溶融時の膨張・収縮挙動を評価することを特徴とする請求項１記載の乾留中の石炭充填層内部の直接観察方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図１〜図３に基づいて説明する。
軟Ｘ線発生装置は、本体１の内部にはＸ線発生管２およびＸ線検出器３が対向して配置してあり、Ｘ線発生管２およびＸ線検出器３は対向した状態を保持して点線で示す円軌跡５に沿って矢印方向に同期して移動するようになっている。本体１が形成する内壁４の内側には、間隙Ｓをおいて円筒状の乾留炉６が水平方向に設置されている。
【００１０】
乾留炉６は、Ｘ線透過性の良いアルミニウム製の外壁８、内部にはＸ線透過性の良い低密度断熱材10で構成されている。乾留炉６内には石炭12を充填した容器11が挿入してあり、また容器11の両側には板状の温度制御可能な発熱体13が、対向するＸ線発生管２とＸ線検出器３とを結ぶ、軟Ｘ線が透過する石炭充填層のＡ−Ａ断面と平行に配置してある。容器11および発熱体13はＸ線透過性のよいカーボン系材料で作られている。
【００１１】
次に、本発明の作用について説明する。
軟Ｘ線発生装置を用いて石炭の膨張、収縮挙動を観察するには、容器11内に試料となる石炭12を充填し、乾留炉６内の所定位置に挿入した状態として、乾留炉６を本体１のＸ線透過位置に位置させる。温度コントローラ15を調整して発熱体13に電流を流して抵抗加熱方式により容器11内に充填した石炭12を加熱昇温する。発熱体13により炉内温度を徐々に上昇させると共にＸ線発生管２およびＸ線検出器３を相互の対向位置を保って円軌跡５上を同期して移動させつつ、Ｘ線発生管２から軟Ｘ線を放射し、外壁８と断熱材10を透過させ、さらに発熱体13の加熱平面に平行な全面がほぼ同一温度を示す石炭充填層のＡ−Ａ断面に軟Ｘ線を透過させてＸ線検出器３により検出する。
【００１２】
図４に示すように、２枚の発熱体13の間に位置させた容器11内の石炭充填層を、両側から発熱体13により加熱昇温すると、発熱体13に近い容器11の両側端部からから内部に向けて徐々に昇温されるため、両側端部の石炭温度が高く、中央部の石炭温度が低い温度分布Ｄをもって加熱昇温される。本発明では、容器11内の石炭充填層に対して発熱体13の加熱面に平行な面Ａに軟Ｘ線を透過させる。この面Ａは発熱体13の加熱面から等距離であるため、軟Ｘ線が透過する面Ａに存在する石炭はほぼ同一の温度Ｔ1 を示す。このため石炭充填層の面Ａに存在する石炭を調査すれば、温度Ｔ1 の石炭の挙動を調査することが可能になる。
【００１３】
これに対して従来は、容器11内の石炭充填層に対して発熱体13の加熱面に垂直な面Ｂに軟Ｘ線を透過させていた。この面Ｂに存在する石炭は温度分布Ｄを有するので、面Ｂで石炭が温度Ｔ1 となるのは直線Ｃ上に存在する石炭のみであった。したがって、温度Ｔ1 における石炭の挙動を十分に調査することができなかった。
【００１４】
本発明では、容器11内の石炭充填層が同一の温度Ｔ1 に昇温された面Ａに存在する石炭を透過した軟Ｘ線をＸ線検出器３に受信した後、これを操作盤に組み込んだ撮影装置16（図１参照）により断層画像を連続的に撮影する。このようにして容器11内の石炭充填層を発熱体13により昇温しながら順次撮影した断層画像は、図５に示すように、例えば撮影温度300 、350 、400 、450 ℃・・・・と50℃の温度段階ごとにコークス化温度までについて断層画像ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 、ｘ4 ・・・・を得る。断層画像の各画素はＸ線吸収計数あるいは密度に対応するＣＴ値として数値化されており、得られた断層画像の温度段階相互の同一位置の画素のＣＴ値の差分を画像解析により求め、温度段階ごとの差分画像ｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、ｙ4 ・・・・を得る。各差分画像におけるＣＴ値の増減を比較して石炭乾留過程での加熱昇温中の膨張および収縮の領域を表示させる。
【００１５】
なお、ＣＴ（computed tomography ）とは、医学用語であり、Ｘ線診断用装置の一種である。これは、従来のＸ線撮影と異なり人体を輪切りにした断面に対して、種々の角度からＸ線を当て、それをコンピュータを用いて再構築して映像化する撮影法で、本発明はこの方法を石炭充填層の乾留過程の直接観察方法に応用している。
【００１６】
本発明による石炭乾留中の断層画像の測定結果および画像解析による差分画像の実施例を図６に示す。図６においてｘ390 、ｘ460 、ｘ500 はそれぞれ温度390 ℃、460 ℃および500 ℃での断層画像を示している。各断層画像は、前記各温度に加熱された状態で容器11内の石炭充填層を軟Ｘ線が透過する時の難易度をモノクロの濃淡により表す。ここで、断層画像のモノクロ濃度が薄く相対的に白い部分は、密度が大きいためＸ線の吸収率が高くて透過性が小さいことを示し、逆にモノクロ濃度が濃く相対的に黒い部分は、空隙が多く密度が小さいためＸ線の吸収率が小さくて透過性が大きいことを示している。
【００１７】
断層画像ｘ390 と断層画像ｘ460 とを比較すると断層画像ｘ390 の濃度が全体的に薄く、断層画像ｘ460 の濃度が全体的に濃いことが分かる。これは容器11内の石炭充填層が390 ℃から460 ℃に加熱される際に、石炭が軟化溶融して膨張し、石炭充填層の密度が減少することを漠然と示している。また、断層画像ｘ460 と断層画像ｘ500 とを比較すると断層画像ｘ460 の濃度が全体的に濃く、断層画像ｘ500 の濃度が全体的に薄いことが分かる。これは容器11内の石炭充填層が460 ℃から500 ℃に加熱される際に膨張した石炭が再固化する過程で収縮し、石炭充填層の密度が増加することを漠然と示している。しかしながら、いずれも、画像がぼんやりとして不明瞭である。
【００１８】
そこで、撮影装置16により断層画像ｘ390 および断層画像ｘ460 のモノクロ濃淡をＣＴ値として数値化されたデータを画像解析装置17にインプットする。画像解析装置17ではインプットされたＣＴ値により画像解析を行って両者の差分を求める。断層画像ｘ390 および断層画像ｘ460 の各画像解析は、例えば縦辺、横辺がそれぞれ0.3mm の画素からなるマトリックス画像における同一番地（同一位置）にある画素のＣＴ値、すなわちCT390 とCT460 とを比較し、そのＣＴ値の差分を色別によりカラー表示させ差分画像ｙa を作成する。同様に、断層画像ｘ460 および断層画像ｘ500 のＣＴ値、CT460 とCT500 とを画像解析装置17にインプットし、画像解析を行って両者の差分を求め、差分画像ｙb を作成する。
【００１９】
差分画像ｙa では、｜CT460 −CT390 ｜＜Ｘ1 の密度変化が小さい領域、｜CT460 −CT390 ｜＜Ｘ1 かつCT390 （CT460 ）＜Ｘ2 を満たす粗大気孔あるいは低密度領域、CT460 −CT390 ＞Ｘ1 の膨張領域およびCT460 −CT390 ＜Ｘ1 の収縮領域の４領域に色別して表示される。差分画像ｙb でも同様に、４つの領域に色別表示される。ここで、Ｘ1 、Ｘ2 はしきい値である。
【００２０】
このようにして石炭充填層の加熱過程における石炭軟化溶融時の膨張領域および再固化時の収縮領域の推移を求め、石炭充填層内部の膨張領域、収縮領域および変化のない領域を特定してその挙動を評価することが可能になる。
図７は、膨張領域、収縮領域を画素の数に基づいて求めた面積率（% ）と加熱温度( ℃）との関係を示したものである。図７から石炭充填層内部の膨張、収縮の状況をパターンとして把握することができ、石炭を乾留するための貴重な情報を得ることが可能になる。
【００２１】
本発明における石炭充填層内部の直接観察では、加熱面に平行な断層画像を用いており、断層画像の全面がほぼ同一温度であるので、石炭単味の膨張、収縮状況を広く把握することができる。また、溶融温度の異なる炭種を配合した配合炭では、炭種による膨張、収縮の相違を検出可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、乾留炉の内部に対向して設けた温度制御可能な発熱体の間に石炭を充填した容器を位置せしめ、発熱体により容器内の石炭充填層を加熱昇温中に乾留炉の外側に配置した軟Ｘ線発生装置から発熱体の加熱平面に平行な全面がほぼ同一温度の断面に軟Ｘ線を透過させ、石炭充填層の断層画像を連続的に撮影することにより石炭充填層内部の膨張、収縮挙動を観察することができる。石炭充填層を加熱昇温中に得られた温度の異なる複数の断層画像を、画像解析し、断層画像の同一位置の画素の差分を求めれば、差分により得られた差分画像から石炭充填層内部の膨張領域と収縮領域を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置構成を示す配置図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向を示す乾留炉の断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視方向を示す乾留炉の断面図である。
【図４】発熱体と容器と軟Ｘ線の透過面と温度との関係を本発明および従来の場合を比較して示す説明図である。
【図５】本発明に係る温度の異なる断層画像から温度段階毎に差分画像を得る手順を示す説明図である。
【図６】本発明に係る温度の異なる断層画像から温度段階毎に差分画像を得る実施例を示す説明図である。
【図７】本発明に係る加熱温度と膨張、収縮の面積率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  本体
２  Ｘ線発生管
３  Ｘ線検出管
４  内壁
５  円軌跡
６  乾留炉
８  外壁
10  断熱材
11  容器
12  石炭
13  発熱体
14  レール
15  温度コントローラ
16  撮影装置
17  画像解析装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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