JP2003213267A - コークス押出し機、コークス押出しラム、及びコークス押出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 水平室炉式コークス炉におけるコークスの押
出しトラブルおよび、コークス炉炉壁の損傷を防止す
る。 【解決手段】 コークス押出しラム先端の水平断面形状
を凹状とし、その溝部深さを好適な値にすることによ
り、コークス押出し時における炭化室内でのコークス塊
の移動方向を制御し、炉壁に発生する荷重を減少させて
押出しトラブルおよび炉壁損傷を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水平室炉式コークス
炉において石炭類を乾留してコークスを製造するに際
し、コークスの炉からの排出を容易ならしめるための押
出し機に関する。

【０００２】

【従来の技術】水平室炉式コークス炉において、石炭類
を乾留してコークスを製造する際には、概略次のような
工程をとる。まず、適当な性状の石炭類を粒度調整し、
場合により部分的に乾燥あるいは成型を行なった後、コ
ークス炉の炭化室と称される例えば幅約０．３〜０．６
ｍ、高さ約４〜８ｍ、長さ約１０〜２０ｍの密閉された
空間にこれらを装入する。コークス炉はこの炭化室と、
燃焼室と称される例えば幅約０．５〜１ｍ、高さ及び長
さが炭化室と概略同じレンガ構造体が交互に連続して１
０〜５０組程度設置された構成となっていて、燃焼室に
はガスを燃焼させることができるバーナー構造などが設
置され、炭化室に装入された石炭は燃焼室からの熱で加
熱乾留される。約１５〜２４時間加熱することにより炭
化室の石炭は約１０００℃のコークスとなる。その後、
炭化室の長さ方向両端に設置された炉蓋を取り除いて、
片側から赤熱コークスを押出し、冷却して製品のコーク
スが得られる。この際、コークスを押出すための装置を
押出し機と呼び、炭化室内のコークスの端面に荷重を与
え、コークスを移動、排出させることができる押出しラ
ムと呼ばれる可動部材が設置されている。

【０００３】コークス炉の構造体はレンガで構成されて
おり、稼動開始時に一旦昇温すると、通常冷却されるこ
となく約３０〜５０年間加熱され続ける。従って、万一
レンガに破損が発生した場合でも、その補修は炉体を冷
却することなしに行なうのが原則であるため、一般にコ
ークス炉構造体レンガの補修は容易ではない。このよう
な理由から、レンガの損傷を防止することはコークス炉
の順調な稼動のために極めて重要なことと認識されてい
る。コークス炉構造体レンガに損傷をもたらす原因とし
ては種々のものが挙げられるが、コークスを押出す際
に、押出しラムから与えられた荷重がコークスを介して
炭化室の炉壁に伝わり、炉壁損傷を発生させる例がある
ことが知られている。また、この炉壁にかかる荷重によ
って引き起こされるコークスと炉壁間の摩擦は、コーク
スの移動を妨げる抵抗となるため、摩擦が過大である場
合にはコークスが炭化室から排出できなくなる、いわゆ
る押詰まりと呼ばれる現象が発生することも知られてい
る。この押詰まりは操業の遅滞を招くだけでなく、押詰
まり発生時には、ラムからの荷重が過大となりやすく、
炉壁損傷発生の危険性が増すことから、押詰まりを防止
することはコークス炉操業上、重要な課題と認識されて
いる。

【０００４】上記のような押詰まりの防止およびコーク
ス押出しに伴う炉壁損傷防止を目的としたいくつかの技
術が公知である。

【０００５】まず挙げられるのが、押出しやすいコーク
スケーキを製造することによってトラブルを防止しよう
とするものである。その例としては、特開平０７−２７
８５６２号公報に開示された、装入石炭の性状を制御す
ることで押出し性を改善する技術、特開平０８−２８３
７３１号公報に開示された、炭化室内のコークス性状と
押出し性の関係に基づいて押出し性を制御する技術、特
開平０９−１４３４７３号公報および特開２０００−１
４４１３９号公報に開示された、実験もしくはシミュレ
ーションによってコークスの押出し性を予測し、その結
果に基づき操業を行なう技術などが公知である。これに
対し、押出し方法を制御してトラブルを防止しようとす
る技術がある。例えば、特開平０８−２８３７２９号公
報には押出しラムの速度を制御することによって押出し
不良を防止する技術が開示されている。また、押出性を
改善するための押出しラム制御方法として、特開平０８
−２９５８８８号公報、特開平１１−３４９９５４号公
報、特開２０００−２７３４５６号公報、特開２０００
−２９０６５７号公報に開示された技術がある。

【０００６】押出しラムのコークスケーキに接触する面
の形状を変更することにより押出性を改善しようとする
技術としては、実開平０３−１０６３３６号公報およ
び、特開平０６−２７１８５７号公報に記載の技術が公
知である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】乾留終了後の炭化室内
のコークスの状態を仔細に観察すると、コークス塊はラ
ンダムに充填されているのではなく、塊が積み重なった
状態で全体としてひとかたまりの直方体形状のいわゆる
コークスケーキとして自立していることが知見される。
コークスは加熱によって収縮する性質を持つことから、
このコークスケーキ表面と炉壁の間には、コークスケー
キ全体が収縮することによって発生した間隙が存在す
る。コークスを炭化室から押出すために、このコークス
ケーキの端面に荷重を与えると、コークスケーキが荷重
に対して横方向（すなわち炉壁の方向）に広がり、コー
クスケーキと炉壁の間隙が減少する。さらに広がりが続
けば、コークスケーキの一部が炉壁と接触して炉壁に荷
重が発生することとなり、この荷重が過大であれば、押
詰まりや炉壁損傷を招くことが指摘されている。このよ
うな押出し時におけるコークスケーキの挙動に関する知
見に基づけば、コークス塊の炉壁方向への動きを抑制す
ることによって、コークスの押出し性を改善し、炉壁損
傷を防止することができるものと推定される。

【０００８】公知の技術において、押出しラムの先端形
状を変更することによってコークス塊の動きの制御を行
なおうとした試みとして実開平０３−１０６３３６号公
報および、特開平０６−２７１８５７号公報に記載の技
術がある。これらの技術においては、押出しラム先端の
水平断面形状を凹状として、コークス塊に炭化室中央側
への分力あるいは回転モーメントを発生させ、押出し抵
抗を低下させることが意図されている。ところが、これ
らの技術においては、凹状の窪みの深さをどの程度にす
べきかの明示がなく、実機適用を図るには最適な技術と
して完成された技術とは言えないものである。

【０００９】このような現状に鑑み、ラム形状を最適化
することにより、押出し時における炭化室内でのコーク
ス塊の炉壁方向への動きをよりよく制御することで、押
詰まりの防止およびコークス押出しに伴う炉壁損傷防止
を図ることを検討した。

【００１０】

【課題を解決するための手段】まず、発明者らはコーク
ス押出し時におけるコークス塊の挙動を精細に検討し
た。その上で、炉壁に作用する荷重を低減できるような
最適なラム形状について検討を行なった結果、凹状の窪
みの深さには最適範囲があることを見出し、本発明の完
成に至った。

【００１１】本発明は以上の知見に基づいて完成された
ものであって、水平室炉式コークス炉においてコークス
を炭化室から排出するためのラムを装備したコークス押
出し機において、炭化室内のコークスに接触する押出し
ラム先端部分の水平断面形状をラム中央部が窪んだ形状
とし、かつ、窪みの深さをラム幅の１／３以下とするこ
とを特徴とするコークス押出し機を提供するものであ
る。

【００１２】コークス押出しラムの水平断面形状をラム
中央部が窪んだ形状とすれば、ラムとコークスケーキが
接触した部分において、コークス塊に対し炭化室中心方
向への力を作用させることができる。その結果、コーク
ス塊は押出し方向に移動するとともに、炭化室中心方
向、すなわち炉壁から離れる方向に移動することとな
る。この作用によって炉壁に発生する荷重を軽減し、損
傷防止、押詰まり防止の効果を得るのが実用新案公開平
０３−１０６３３６号公報、特開平０６−２７１８５７
号公報に記載の技術ならびに本発明の原理であるが、コ
ークス塊の移動による炉壁荷重減少の効果を定量化する
ことによって、当初予想していなかった凹部の深さに最
適値があることを見出し、本発明の完成に至ったもので
ある。

【００１３】また本発明は、水平室炉式コークス炉にお
いてコークスを炭化室から排出するためのコークス押出
しラムにおいて、炭化室内のコークスに接触する押出し
ラム先端部分の水平断面形状をラム中央部が窪んだ形状
とし、かつ、窪みの深さをラム幅の１／３以下とするこ
とを特徴とする押出しラムとしても構成することができ
る。

【００１４】さらに本発明は、水平室炉式コークス炉に
おいてコークスを炭化室から排出するコークス押出し方
法において、炭化室内のコークスに接触する押出しラム
先端部分の水平断面形状が、ラム中央部が窪んだ形状と
され、かつ、窪みの深さがラム幅の１／３以下とされる
ラムを用意し、該ラムによってコークスを炭化室から排
出することを特徴とするコークス押出し方法としても構
成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。発明者らは、コークスケーキの圧縮試験を行な
うことによって、ラムの先端形状を変更した場合に得ら
れる効果の定量化が可能であることを知見した。この試
験に用いた装置は特開平１０−３３２５０１号公報に開
示された技術に基づくものであり、長さ約１ｍ、幅約
０．４ｍ、高さ約０．８ｍ程度のコークスケーキをコー
クス押出し方向に圧縮した場合に側壁に発生する荷重を
測定可能なものである。この装置の圧縮ラム先端の形状
を種々変更し、圧縮試験を行なった。用いたラムの先端
形状を図１に、圧縮試験の結果を表１に示す。図１に示
すように、コークスに接触するラム先端部分の水平断面
形状をラム中央部が窪んだ形状としている。図１のNo.1
ではラム中央部分に長方形断面の溝を形成し、図１のN
o.2ではラム中央部分に先端に向かって幅が広がる台形
断面の溝を形成し、図１のNo.3ではラム中央部分に円弧
断面の溝を形成し、図１のNo.4ではラム中央部分に底面
幅が所定幅ｃであると共に溝幅が先端に向かって序々に
大きくなるように側面を円弧にした溝を形成し、図１の
No.5ではラム中央部分に長方形断面の溝を形成し、ラム
の左右端部且つ先端部分に長方形の切り欠きを形成して
いる。それぞれのラム寸法を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】ラムによる圧縮圧力が大きくなると、側壁
に発生する荷重もほぼ比例して大きくなるため、結果は
指数β＝（側壁に発生した圧力）／（ラムによる圧縮圧
力）により評価した。また、圧縮時に側壁に観測された
最大局所荷重値および、βから公知の方法（例えばJ. T
ucker and G. Everitt, 1989 Ironmaking ConferencePr
oceedings, p.599）により推定される押出力の相対値
（ラム先端形状が平面の場合を100とした値）も示して
ある。

【００１８】この結果より、押出しラム先端部分の水平
断面形状をラム中央部が窪んだ形状とすれば、個々の形
状の違いによりその効果は若干異なるものの、側壁に発
生する荷重が低下し、推定押出し力が低下することが明
らかとなった。

【００１９】次に、先端形状を図１のNo.1、b/a、c/a、
d/aを表１の試験番号１および２の例と同じとして、e/a
すなわち、窪みの深さを変更した場合に計測されたβ値
とe/aの関係を図２に示す。e/aを0から増大させていく
と、まずβは低下するが、e/a ＝0.07〜0.2程度で最低
となった後、さらにe/aが大きくなるとβが増大する傾
向が認められた。e/a＝0.35を超えるとβ値はラムが平
面状である場合（e/a＝0）のβ値より大きくなってしま
い、ラム先端形状を凹状にした効果がなくなってしまう
ことが明らかとなった。このようなe/a値の変化による
β値の変化は、従来の知見では予想することができなか
った発見であり、この発見に基づき、ラム先端の最適な
窪み深さを決定して発明を完成することができた。

【００２０】e/aによるβ値の変化は次のような理由に
基づくものと推定される。すなわち、e/aがおよそ0.2以
下の場合、e/aの増大とともに、コークス押出し時に塊
が炉壁と離れる方向に動こうとするためβ値が低下す
る。ところが、e/aがさらに大きくなると、突出部と溝
部の段差のため、ラムに接触したコークスに割れが発生
し、ラム突出部に接触したコークス塊に対し、炉壁から
離れる方向へ移動せしめるような力をうまく与えられな
くなってしまうものと推定される。実際、図２に示した
e/a＝0.37のラムでコークスケーキを圧縮した場合、圧
縮前には炭化室幅の約1/2程度の長さを持つコークス塊
に割れが発生し、細粒化している例が多く見られた。コ
ークス塊の細粒化については、コークス塊の大きさが影
響を与えると考えられ、塊の大きさによって最適なe/a
が変化する可能性があるが、広く用いられているラムの
幅が350mm程度であることを考慮すると、e/a＝0.2の場
合、eすなわち凹部の深さは70mm程度となり、通常のコ
ークスの平均粒径（約50-60mm程度）より著しく大きな
凹部深さの場合に塊の破壊が起こりやすくなっていると
推定される。

【００２１】上記の試験は実炉のコークスケーキに比較
して長さが小さい（約1/10から1/20程度）コークスケー
キを用いたものであるが、実炉においても押出しラム近
傍において起こる現象はこの試験と同様と考えられる。
特に炉壁損傷をもたらすような大きな炉壁荷重はラム近
傍で発生する可能性が高いことから、このような試験で
あってもその有効性は十分に期待できるものである。

【００２２】実炉において発生する側壁荷重を測定する
ことは困難であるため、特開２０００−１４４１３９号
公報に開示された方法により計算シミュレーションによ
って実炉における側壁圧力を推定した。表１の試験番号
２の形状のラムを用いた場合および比較例として平面形
状のラムを用いた場合の側壁圧力（平面形状ラムを用い
た場合におけるラムからの距離＝０での側壁圧力を１０
０とした相対値）の炉長方向における分布を図３に示
す。この結果より、ラム先端形状を凹状にすることによ
り、ラム近傍のみならず、ラムから離れた位置において
も側壁圧力を軽減できることが推定された。

【００２３】以上のように、ラム先端水平断面形状を概
略凹状にし、その深さを好適な値にすることによる炉壁
荷重低減効果は明らかである。なお、このような水平断
面形状は、ラムの高さ方向の位置によって同じである必
要はない。例えば、炉壁のある部位に凹凸がある等の理
由で押出しに対する抵抗が大きいことが予測される場合
などに、その部位の高さ方向位置に相当するラムの部分
のみ水平断面形状を望ましい形状にすることでその位置
における炉壁荷重発生を軽減することもできる。また、
ラム先端形状を可変として、必要な場合に炉壁水平断面
形状を制御することも可能である。さらに、ラム先端水
平断面形状は概略凹状であれば上記図１に示す形状に限
られず、例えば、ラム中央部分に三角形、多角形等の溝
が形成されたような形状に変更することも可能である。

【００２４】なお、ラムの先端形状を決定するにあたっ
ては、その強度を考慮することも重要である。例えば、
窪んだ部分の幅を大きくとりすぎると、突出した部分の
幅が小さくなり、変形しやすくなることが予想される。
万一、ラムの一部が外側に変形するとラムと炉壁が接触
して炉壁に損傷を与える可能性があるため、このような
変形が起こらないよう、十分な強度を持った構造とする
ことが必要である。特にラム先端は赤熱コークスと接触
している状態では約１０００℃にまで加熱される可能性
があり、熱膨張や熱衝撃を考慮して変形や破壊が発生し
ないよう十分に検討する必要がある。なお、このような
強度の推定は、公知の構造計算や有限要素法による変形
解析などで可能であり、その結果にしかるべき安全係数
を見て構造を決定すればよい。

【００２５】

【実施例】コークス圧縮試験結果および強度計算結果を
参考に、実炉における押出ラムの先端水平断面形状をラ
ムの上下方向全体にわたり図１のＮｏ．1（詳細寸法は
表１の試験番号２）のように加工した。このラムを用い
て、実炉（炉幅０．４３ｍ、炉長１５．４３ｍ、炉高
６．５ｍ）において１日間操業を継続した場合の平均押
出し力は５５ｔｆ、平均押出し電流（押出しラムの駆動
電流の最大値の平均）は１７５Ａであり、押詰まりは発
生しなかった。この時、全押出し本数に占める押出力８
０ｔｆ以上の窯の割合は１２％であった。

【００２６】

【比較例】押出しラムの先端形状を平面とした他は、実
施例の場合と同じ炉、同じ押出し機を用い、同じ操業条
件（原料配合炭、乾留時間、乾留温度など）で１日間操
業を行なったところ、平均押出し力は６４ｔｆ、平均押
出し電流は２３０Aであった。また、この日の全押出し
本数に占める押出力８０ｔｆ以上の窯の割合は１８％で
あり、全押出し本数のうち約３％の押出し窯において押
詰まりが発生した。

【００２７】以上の結果より、本発明の方法によれば、
実コークス炉において押出し性を改善できることが明ら
かである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水平室
炉式コークス炉におけるコークス押出し時の所用荷重を
低減できる。その結果、押出し時のトラブルによる減産
などの機会損失の抑制、押出し時に発生する炉壁荷重の
低減による炉壁損傷の防止、およびその結果として補修
費の低減、炉寿命の延長などの効果を有する。また、好
適な押出性を達成するために必要とされる操業条件（炉
温や乾留時間、原料炭水分制約など）の緩和ができ、操
業効率が向上する。また、高膨張圧を示したり、コーク
ス化時の収縮が小さく押出しに問題が発生しやすい原料
石炭もその使用量を増加させることができ、原料制約の
緩和が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明押出しラム先端水平断面形状の例

【図２】本発明押出しラム先端凹部の深さと炉壁に発生
する荷重の大きさを示す指数βの関係を示すグラフ

【図３】シミュレーション計算による炭化室側壁に発生
する圧力分布の例

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深田 喜代志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 藤本 英和 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 角谷 秀紀 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石黒 宏樹 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 丸岡 政章 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 新保 隆義 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 井堀 九州男 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 中谷 寛 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 樋口 正人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平室炉式コークス炉においてコークスを
   炭化室から排出するためのラムを装備したコークス押出
   し機において、 炭化室内のコークスに接触する押出しラム先端部分の水
   平断面形状をラム中央部が窪んだ形状とし、かつ、窪み
   の深さをラム幅の１／３以下とすることを特徴とするコ
   ークス押出し機。
2. 【請求項２】水平室炉式コークス炉においてコークスを
   炭化室から排出するためのコークス押出しラムにおい
   て、 炭化室内のコークスに接触する押出しラム先端部分の水
   平断面形状をラム中央部が窪んだ形状とし、かつ、窪み
   の深さをラム幅の１／３以下とすることを特徴とするコ
   ークス押出しラム。
3. 【請求項３】水平室炉式コークス炉においてコークスを
   炭化室から排出するコークス押出し方法において、 炭化室内のコークスに接触する押出しラム先端部分の水
   平断面形状をラム中央部が窪んだ形状とされ、かつ、窪
   みの深さがラム幅の１／３以下とされるラムを用意し、
   該ラムによってコークスを炭化室から排出することを特
   徴とするコークス押出し方法。