JP2008303239A - Method for estimating load required to extrude coke in coke oven - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば水平室炉式コークス炉のコークス押出し時において、特に、炉壁に凹凸がある場合のコークス押出し負荷を推定する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for estimating a coke extrusion load when coke extrusion is performed in, for example, a horizontal chamber type coke oven, particularly when the furnace wall is uneven.
コークス炉を安定に操業することは、生産量の確保、製造コストの低減、そして、炉体保護の観点から重要なことである。しかし、実際には、様々なことが原因でトラブルが発生し、操業の安定が維持できないことが多い。
図10に、コークス炉30の炭化室からコークスケーキ31を押出す際の状態を模式的に示すが、例えば、コークス炉の炭化室からコークスを押出す際に、押出し機のラム32の負荷が異常に上昇し、コークスの排出ができなくなるというトラブルがある。
また、コークスを押出す際には、ラム32による押出し力の一部が側圧として炉壁33にかかる。この時の荷重は、コークスの押出しに必要な力が大きいほど大きくなり、炉壁を損壊するなどのトラブルを発生させる。
Stable operation of the coke oven is important from the viewpoints of securing production volume, reducing manufacturing costs, and protecting the furnace body. However, in reality, troubles occur due to various reasons, and it is often impossible to maintain stable operation.
FIG. 10 schematically shows a state when the
Further, when the coke is extruded, a part of the pushing force by the
コークスが押出し機のラム32によって押される際に、炭化室の炉壁煉瓦表面の状態が正常であり、かつコークスの乾留状態が正常である場合には、ラムに異常な押出し負荷が加わることはない。しかし、コークス炉の炭化室では、その炉壁33に炉壁カーボンが付着して凸部34が形成されたり、炉壁が損傷して凹部35が形成されたりしている場合も多く、そのような場合には凹凸部がコークスの押出しの抵抗となりラムによるコークスの押出し負荷が増加する。
When the coke is pushed by the
そこで、炉壁のプロフィール情報に基づいて、コークスを押出す際の炉壁にかかる荷重をあらかじめ計算することができれば、押出し機のラムが異常な負荷上昇を起こさないような操業条件に事前に変更することができ、また、計算した荷重から、炉壁の耐圧限界を超えないように操業条件を管理したり、炉壁修復の必要性などを把握したりすることができる。 Therefore, if the load applied to the furnace wall during coke extrusion can be calculated in advance based on the profile information of the furnace wall, the operating conditions are changed in advance so that the ram of the extruder does not cause an abnormal load increase. It is also possible to manage the operating conditions so as not to exceed the pressure limit of the furnace wall from the calculated load, and to grasp the necessity of the furnace wall repair.
このような問題に対し、特許文献1には、炉体プロフィール情報を基にしてコークス押出し時の負荷波形を粒子要素法を用いた計算によって求めるとともに、上記計算で求めた負荷波形と、コークスを実際に押出す際に計測して生成した負荷波形とを比較してコークス炉の操業条件を解析することが提案されている。
また、特許文献2には、水平室炉式コークス炉において、製造されたコークスを押出し機により炭化室から押出す際に、炭化室の少なくとも一方側の炉壁全体にかかる荷重または圧力、および、炭化室炉壁の局部にかかる荷重または圧力を、離散要素法(粒子要素法)を用いた計算により推算することが提案されている。
For such a problem,
さらに、このような計算による方法とは別に、押出し負荷の評価装置を用い、試験用のコークスケーキを押出す時の炉壁にかかる荷重分布を測定することにより、コークスケーキの押出し挙動や押詰り挙動を解析することも特許文献3により提案されている。
In addition to the calculation method described above, the extrusion load of the coke cake and clogging are measured by measuring the load distribution on the furnace wall when extruding the test coke cake. Analyzing the behavior is also proposed in
しかし、特許文献1、2に提案されている粒子要素法を用いた計算では、炉体プロフィールやコークスの微小な凹凸が、押出し負荷に及ぼす影響については考慮できるとされているが、炉壁の凹凸形状や炉壁に複数点在する凹凸が、押出し負荷にどのような影響を及ぼすかについては明確に考慮されておらず、押出し負荷を低減し、上記のようなトラブルの発生を防止するためには、炉壁凹凸がトータルとして押出負荷に及ぼす定量的な影響についてのさらなる検討が必要である。
また、特許文献3に提案されている評価装置によって荷重を実測する方法でも、炉壁の凹凸が押出し負荷に与える影響については考慮されていない。
However, in the calculation using the particle element method proposed in
Further, even in the method of actually measuring the load with the evaluation device proposed in
そこで、本発明は、コークス炉の炉壁凹凸の形状や存在位置の違いによる炉壁凹凸の押出し負荷に対する影響を考慮して、炉壁プロファイル情報から押出し負荷の推定方法を確立することを課題とする。 Accordingly, the present invention has an object to establish an estimation method of extrusion load from furnace wall profile information in consideration of the influence on the extrusion load of the furnace wall unevenness due to the difference in the shape and location of the furnace wall unevenness of the coke oven. To do.
上記課題を解決する本発明の要旨は、次のとおりである。
(1)コークス炉の炭化室における炉壁プロフィールを設定し、炉壁のプロフィールに基づいて、炭化室を、炉長方向に、炉壁に凹凸のない区間と凹凸がある区間に分割し、炭化室内のコークスケーキを複数の要素領域に分割し、各要素領域についてそれが炉壁に凹凸のない区間及び凹凸がある区間のいずれにあるか判別し、それぞれの場合について、各要素領域に存在するコークスケーキが所定の速度で移動するために必要な押出し力を、その要素領域の炉長方向の位置に応じた反力をコークス押出し側と反対側から付加することによって求め、求められた各要素領域の押出し力に基づいて、コークスケーキ全体を炭化室から押出す際の押出し負荷を推定することを特徴とするコークス押出し負荷の推定方法。
(2)前記押出し力を求める際に、前記分割された区間の炉高方向の位置に応じた荷重をさらに付加することを特徴とする(1)に記載のコークス押出し負荷の推定方法。
(3)前記押出し力を粒子要素法により求めることを特徴とする(1)または(2)に記載のコークス押出し負荷の推定方法。
(4)前記押出し力を、炭化室を模した評価装置による試験により求めることを特徴とする(1)または(2)に記載のコークス押出し負荷の推定方法。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
(1) Set the furnace wall profile in the carbonization chamber of the coke oven, and divide the carbonization chamber into sections with no irregularities and sections with irregularities on the furnace wall in the furnace length direction based on the furnace wall profile. The coke cake in the room is divided into a plurality of element areas, and for each element area, it is determined whether it is in a section with no unevenness or a section with unevenness in the furnace wall, and in each case exists in each element area Each element obtained by obtaining the extrusion force necessary for the coke cake to move at a predetermined speed by adding a reaction force corresponding to the position in the furnace length direction of the element area from the side opposite to the coke extrusion side. A method for estimating a coke extrusion load, characterized by estimating an extrusion load when the entire coke cake is extruded from a carbonization chamber based on an extrusion force in a region.
(2) The method for estimating a coke extrusion load according to (1), wherein a load corresponding to a position in the furnace height direction of the divided section is further added when obtaining the extrusion force.
(3) The method for estimating a coke extrusion load according to (1) or (2), wherein the extrusion force is obtained by a particle element method.
(4) The method for estimating a coke extrusion load according to (1) or (2), wherein the extrusion force is obtained by a test using an evaluation device simulating a carbonization chamber.
本発明によれば、押出し負荷における炉壁凹凸の大きさや存在位置の違いの影響が定量的に明確にされるので、炉壁のプロフィール情報から押出し負荷をより明確に推定できるようになり、コークス押出し時におけるトラブルの発生を低減することができる。 According to the present invention, since the influence of the difference in the size and position of the furnace wall unevenness in the extrusion load is clarified quantitatively, the extrusion load can be estimated more clearly from the profile information of the furnace wall, and the coke The occurrence of troubles during extrusion can be reduced.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
コークスケーキを炭化室から押出す際の押出し負荷を図1に示す手順で推定する。
そのために、まず、コークス炉の炭化室について、炉壁凹凸の位置や大きさに関する炉壁プロフィールを設定し(ステップ1)、その炉壁プロフィールに基づいて、炭化室を、炉高方向及び炉長方向に、炉壁に凹凸のない区間と凹凸がある区間に分割する(ステップ2)。
炉壁プロフィールの設定は、対象とする炭化室の炉壁をレーザ距離計を移動させて実測する方法(例えば、特開2005−249698号公報参照。)や、過去のデータに基づいて炉壁モデルを作成する方法によって行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The extrusion load when extruding the coke cake from the carbonization chamber is estimated by the procedure shown in FIG.
For this purpose, first, a furnace wall profile relating to the position and size of the furnace wall irregularities is set for the carbonization chamber of the coke oven (step 1), and the carbonization chamber is set in the furnace height direction and the furnace length based on the furnace wall profile. In the direction, the furnace wall is divided into a section having no unevenness and a section having unevenness (step 2).
The furnace wall profile is set by a method of actually measuring the furnace wall of the target carbonization chamber by moving a laser distance meter (see, for example, JP-A-2005-249698) or a furnace wall model based on past data. By the way you create.
次に、炭化室内のコークスケーキを、図2に示すように炉長方向と炉高方向にそれぞれ複数の要素領域に分割するとともに、各要素領域が、炉壁に凹凸のない区間及び凹凸がある区間のいずれにあるか判別する(ステップ3)。 Next, as shown in FIG. 2, the coke cake in the carbonization chamber is divided into a plurality of element regions in the furnace length direction and the furnace height direction, and each element region has a section and unevenness on the furnace wall. It is determined which of the sections it is (step 3).
コークスケーキを炭化室から押出す際に必要な押出し力は、主に、炉底摩擦力と炉壁摩擦力により決定されるが、一般には、炭化室の押出機ラム側からガイド車側に行くにしたがって炉壁にかかる側圧が減少する(例えば特開平8−283730号公報、参照)ため、炉壁摩擦力も同様に減少する。
また、コークスケーキの炉高方向については炉底に近くなるほどコークスの自荷重が付加され、それにともなって炉底摩擦力と炉壁摩擦力が増大する。
The extrusion force required to extrude the coke cake from the carbonization chamber is mainly determined by the furnace bottom friction force and the furnace wall friction force. Generally, the coke cake goes from the extruder ram side to the guide car side of the carbonization chamber. Accordingly, the side pressure applied to the furnace wall is reduced (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-283730), so that the furnace wall friction force is similarly reduced.
In addition, in the direction of the furnace height of the coke cake, the closer to the furnace bottom, the more the coke self-load is applied, and the furnace bottom frictional force and the furnace wall frictional force increase accordingly.
そのため、各要素領域に存在するコークスケーキを所定の速度で移動させるのに必要な押出し力F1を求める際、要素領域に存在するコークスケーキに、その炉高方向の位置に応じた荷重Wをあらかじめ付加しておくとともに、要素領域の炉長方向の位置及び炉壁凹凸の有無に応じた反力F2を設定しておく(ステップ4)。 Therefore, when obtaining the extrusion force F1 required to move the coke cake existing in each element region at a predetermined speed, the load W corresponding to the position in the furnace height direction is applied to the coke cake existing in the element region in advance. In addition to this, a reaction force F2 is set in accordance with the position of the element region in the furnace length direction and the presence or absence of furnace wall irregularities (step 4).
そして、各要素領域に存在するコークスケーキを所定の速度で移動させるのに必要な押出し力F1を、炉壁に凹凸のない場合及び凹凸がある場合のそれぞれについて、後述するように、シミュレーションや評価装置によって求める際、前記荷重Wに加え、前記反力F2をさらに付加するようにする(ステップ5)。
最後に、そのようにして求められた要素領域毎に求められた押出し負荷に基づいて、コークスケーキを炭化室から押出す際の全体としての押出し負荷を推定する(ステップ6)。
The extrusion force F1 required to move the coke cake existing in each element region at a predetermined speed is simulated and evaluated as described later for each of the case where the furnace wall has no unevenness and the case where the furnace wall has unevenness. When it is determined by the apparatus, the reaction force F2 is further added in addition to the load W (step 5).
Finally, based on the extrusion load obtained for each element region thus obtained, the overall extrusion load when the coke cake is extruded from the carbonization chamber is estimated (step 6).
分割された各要素領域に存在するコークスケーキを所定の速度で移動させるのに必要な押出し力を求めるには、(1)粒子要素法を用いたシミュレーションにより求める方法、あるいは、(2)評価装置を用いた試験により求める方法、によって定量的に算出する。
以下、特に炉壁凹凸がある場合についてそれらの方法を説明する。
In order to obtain the extrusion force required to move the coke cake existing in each divided element region at a predetermined speed, (1) a method for obtaining by simulation using the particle element method, or (2) an evaluation device It is calculated quantitatively by a method obtained by a test using.
Hereinafter, those methods will be described particularly when there are furnace wall irregularities.
最初に、粒子要素法を用いたシミュレーションにより求める方法について説明する。
粒子要素法を用いて押出し力を求めるため、まず、1個の擬似コークス塊を、外形が実際のコークス塊の形状とほぼ同一になるように多数の単位粒子を組み合わせて表現し、この擬似コークス塊を組み合わせてモデルとなる擬似コークスケーキを作成する。また、炉壁の凹凸形状を境界条件として数式で表記しておく。そして、擬似コークスケーキを押出し機のラムにより炭化室から押出す際に、粒子要素法を用いた計算により個々の擬似コークス塊の動きをシミュレーションし、擬似コークス塊が炭化室炉壁に作用した場合の押出し力の増大量を解析する。
First, a method for obtaining by simulation using the particle element method will be described.
In order to obtain the extrusion force using the particle element method, first, one pseudo coke lump is expressed by combining many unit particles so that the outer shape is almost the same as the shape of the actual coke lump. Create a simulated coke cake by combining the lumps. Moreover, the uneven shape of the furnace wall is expressed by a mathematical expression as a boundary condition. When the pseudo coke cake is extruded from the carbonization chamber by the extruder ram, the movement of each pseudo coke mass is simulated by calculation using the particle element method, and the pseudo coke mass acts on the carbonization chamber furnace wall The amount of increase in the extrusion force is analyzed.
図3に、モデルとして使用する擬似コークスケーキの構成例を示す。
まず、疑似コークス塊を構成する単位粒子1を直径10mmの大きさの球とし、それを56個凝集させておおよそ幅30mm、長さ80mmの集合体とし、それにより図3のように擬似コークス塊2を表現する。そして、その擬似コークス塊2を、炉幅方向中央部空隙3をはさんで、コークス炉の擬似炭化室4に2列に積層充填して、コークスケーキのモデルとなる擬似コークスケーキ5を構成する。
FIG. 3 shows a configuration example of a pseudo coke cake used as a model.
First,
炭化室の炉壁レンガの一部がえぐれている(凹部がある)場合やカーボン付着がある(凸部がある)場合を想定するためには、擬似炭化室の炉壁レンガに凹部あるいは凸部を形成し、擬似コークスケーキ5に、それに対応する凹部6あるいは凸部7を形成する。図4の(a)に炉壁に凹部がある場合の、(b)に凸部がある場合の平面図をそれぞれ示す。
この例では、炉壁凹凸部は、炉高方向全体に形成されているものとし、炉壁の凹部に位置する疑似コークス塊2の単位粒子1の個数を多くして、その炉幅方向の長さが、炉壁の平滑部に位置する疑似コークス塊2の炉幅方向の長さに比べて長くなるようにし、逆に、炉壁の凸部に位置する疑似コークス塊2では、単位粒子1の個数を少なくして炉幅方向の長さが短くなるようにしている。
In order to assume a case where some of the furnace wall bricks in the carbonization chamber have been removed (there are recesses) or carbon deposits (there are projections), the furnace wall bricks in the pseudo carbonization chamber have recesses or protrusions. And the corresponding concave portion 6 or
In this example, the concavo-convex portion of the furnace wall is formed in the entire furnace height direction, and the number of
そのように構成した擬似コークスケーキ5に所定の押出し力Fを加えて、擬似コークスケーキを所定の速度で押出し、粒子要素法を用いた計算により個々の擬似コークス塊の動きをシミュレーションし、押出し力を計算する。
The
炉壁に凹凸がある場合の粒子要素法を用いた計算では、あらかじめ炉壁の形状を境界条件として設定しておき、炭化室の炉壁の凹部あるいは凸部を、擬似コークスケーキに形成した凹部あるいは凸部が通過する時の個々の擬似コークス塊の動きを推定し、擬似コーク塊最外面の単位粒子が炉壁に接触するかどうかを判定し、接触している場合には擬似コークス塊が炉壁に及ぼす作用力を計算し、その作用力から、押出し力の変化を計算する。 In the calculation using the particle element method when the furnace wall has irregularities, the shape of the furnace wall is set as a boundary condition in advance, and the concave or convex part of the furnace wall of the carbonization chamber is formed into a pseudo coke cake. Alternatively, estimate the movement of each pseudo coke mass when the convex part passes, and determine whether the unit particles on the outermost surface of the pseudo coke mass touch the furnace wall. The acting force acting on the furnace wall is calculated, and the change in the pushing force is calculated from the acting force.
例えば、炭化室の炉壁レンガに凹部がある場合、擬似コーク塊最外面の半径Rを有する単位粒子1と炉壁の接触を次のような手順で判定する。
コークス押出し方向をX軸とし、図5に示すように凹部を7つのゾーンに分割し、凹部の角部をP1〜P4として各ゾーンの境界のX座標値χを次のように決める。
For example, when there is a recess in the furnace wall brick of the carbonization chamber, the contact between the
The coke extrusion direction is taken as the X axis, the recess is divided into seven zones as shown in FIG. 5, and the corners of the recess are defined as P1 to P4, and the X coordinate value χ at the boundary of each zone is determined as follows.
(ゾーン1)凹部手前の原点からP1のX座標まで。
(ゾーン2)ゾーン1の終点のX座標から、P1とP2を通る直線からRだけ離れた直線とP1を中心とする半径Rなる円の交点のX座標まで。
(ゾーン3)ゾーン2の終点のX座標から、P1とP2を通る直線とP2とP3を通る直線の両方に接触状態にある円の中心のX座標まで。
(ゾーン4)ゾーン3の終点のX座標から、P2とP3を通る直線とP3とP4を通る直線の両方に接触状態にある円の中心のX座標まで。
(ゾーン5)ゾーン4の終点のX座標から、P3とP4を通る直線からRだけ離れた直線とP4を中心とする半径Rなる円の交点のX座標まで。
(ゾーン6)ゾーン5の終点のX座標からP4のX座標まで。
(ゾーン7)ゾーン6の終点のX座標から計算で想定した凹部を越えた終点までの範囲。
(Zone 1) From the origin before the recess to the X coordinate of P1.
(Zone 2) From the X coordinate of the end point of
(Zone 3) From the X coordinate of the end point of
(Zone 4) From the X coordinate of the end point of
(Zone 5) From the X coordinate of the end point of the zone 4 to the X coordinate of the intersection of a straight line separated by R from the straight line passing through P3 and P4 and a circle having a radius R centered on P4.
(Zone 6) From the X coordinate of the end point of
(Zone 7) The range from the X coordinate of the end point of zone 6 to the end point exceeding the concavity assumed in the calculation.
また、図5に示されるように、炉壁プロフィールに垂直に球の半径Rだけ離れた点を結んだ線を、単位粒子が炉壁に接触しているかどうかを判定するための接触判定ラインに設定する。
そして、上記のように設定された各ゾーンのX座標値χの範囲について、着目する単位粒子がゾーン1〜ゾーン7のどのゾーンにあるかを順次判定し、どれかのゾーンにあれば、炉壁によって構成されるそのゾーンの境界に単位粒子が接触しているかどうかを判定する。
次に、着目した単位粒子の中心が接触判定ライン上にあるか、又は、それよりも炉壁プロフィールに近い場合(単位粒子のY座標が接触判定ラインのY座標に等しいかそれ以上の場合)は、単位粒子と境界(炉壁)は接触していると判定し、それ以外の場合は、接触していないと判定する。
Further, as shown in FIG. 5, a line connecting points perpendicular to the furnace wall profile by a radius R of the sphere is used as a contact determination line for determining whether unit particles are in contact with the furnace wall. Set.
Then, with respect to the range of the X coordinate value χ of each zone set as described above, it is sequentially determined which zone of the
Next, when the center of the focused unit particle is on the contact determination line or closer to the furnace wall profile (when the Y coordinate of the unit particle is equal to or greater than the Y coordinate of the contact determination line) Determines that the unit particles and the boundary (furnace wall) are in contact, and otherwise determines that they are not in contact.
このような単位粒子と炉壁との接触判定を、炉壁凹部に対応する範囲にある擬似コークス塊の単位粒子について順次行い、接触している場合についてぞれぞれの炉壁に対する作用力を計算する。
その際、擬似コークスケーキを所定の速度で移動させ、1つの擬似コークス塊が凹部を通過する際の炉壁に対する作用力を所定の時間ピッチで順次計算し、押出し力の増大量を求める。
Such contact determination between the unit particles and the furnace wall is sequentially performed on the unit particles of the pseudo coke lump in the range corresponding to the furnace wall concave portion, and the acting force on each furnace wall is determined in the case of contact. calculate.
At that time, the pseudo coke cake is moved at a predetermined speed, and the acting force on the furnace wall when one pseudo coke mass passes through the recess is sequentially calculated at a predetermined time pitch to obtain the increase amount of the extrusion force.
以上のような手順を、擬似コークスケーキの炉幅方向中央部の間隙3の値d、擬似コークスケーキと炉壁との間隙の値s、炉壁レンガの凹部あるいは凸部の形状を種々に変更して実施することにより、さまざまな擬似コークスケーキの状態の下で、炉壁凹凸の形状が押出し負荷に与える影響を定量的に推定することができる。
The above procedure is used to change the
実際のコークス炉では、前述のように、コークスケーキ内の炉長方向における押し圧の分布及び炉高方向における自荷重の分布が存在し、凹部(または凸部)の位置によって押出し負荷が変動するので、擬似コークスケーキに反力を付与して、自荷重の違いを擬似的に再現する。例えば、擬似コークスケーキ押出し側と反対側から反力を与えることにより、凹部の炉長方向の位置を擬似的に変化させることができる。さらに、擬似コークスケーキ上方から荷重を与えることにより、凹部の炉高方向の位置を擬似的に変化させることができる。 In an actual coke oven, as described above, there is a distribution of pressing pressure in the furnace length direction and a self-load distribution in the furnace height direction in the coke cake, and the extrusion load varies depending on the position of the concave portion (or convex portion). Therefore, a reaction force is applied to the pseudo coke cake, and the difference in self-load is simulated. For example, the position of the recess in the furnace length direction can be changed in a pseudo manner by applying a reaction force from the side opposite to the pseudo coke cake extrusion side. Furthermore, by applying a load from above the pseudo coke cake, the position of the recess in the furnace height direction can be changed in a pseudo manner.
このような方法によって計算した計算結果の一例を図6に示す。
この例では、図3に示した擬似コークスケーキを用い、擬似コークスケーキの炉幅方向中央部の間隙d3mm、4.5mm、9mmの3種類に設定するとともに、深さが10mmで斜面の傾斜角が18度の凹部を形成し、擬似コークスケーキと炉壁との間隔を1mmに設定して、2cm/sの速度で擬似コークスケーキを移動させた時の押出し力の変化を計算したものである。
なお、炉高方向の想定位置に応じて、単位粒子の重量を変化させて付加する荷重を変化させた。また、炉長方向の想定位置に応じて、押出し力を加える側と反対側からの反力を変化させた。
An example of the calculation result calculated by such a method is shown in FIG.
In this example, the pseudo coke cake shown in FIG. 3 is used, and the three types of gaps d3 mm, 4.5 mm, and 9 mm at the center of the pseudo coke cake in the furnace width direction are set, and the inclination angle of the slope is 10 mm deep. Is a change in the extrusion force when the pseudo coke cake is moved at a speed of 2 cm / s with a recess of 18 degrees formed, the interval between the pseudo coke cake and the furnace wall set to 1 mm. .
Note that the load applied by changing the weight of the unit particles was changed according to the assumed position in the furnace height direction. Moreover, the reaction force from the side opposite to the side to which the pushing force is applied was changed according to the assumed position in the furnace length direction.
図6の(a)〜(c)の各図において、横軸は押出しの時間経過を示し、縦軸は擬似コークス塊を移動させるのに必要な力を示している。縦軸の値が小さいほど、押出し負荷が低く、結果が良好であることを示す。図6より、炉幅方向中央部の間隔dが狭くなる(すなわち(a)→(b)→(c)の順)につれて、矢印で示した部分で押出し力の上昇が認められる。 In each of FIGS. 6A to 6C, the horizontal axis indicates the time elapsed for extrusion, and the vertical axis indicates the force required to move the pseudo coke mass. A smaller value on the vertical axis indicates a lower extrusion load and better results. As shown in FIG. 6, as the distance d at the center in the furnace width direction becomes narrower (that is, in the order of (a) → (b) → (c)), an increase in the pushing force is recognized at the portion indicated by the arrow.
以上説明したように、粒子要素法を用いたシミュレーションでは、モデルを構成する単位粒子が炉壁に接触している場合についてぞれぞれの炉壁に対する作用力を計算する際、擬似コークスケーキ押出し側と反対側からの作用力や擬似コークスケーキ上方から作用力を種々変化させることにより、炉長方向及び炉高方向の凹凸位置に応じた押出し力を推定することができる。 As described above, in the simulation using the particle element method, when calculating the acting force on each furnace wall when the unit particles constituting the model are in contact with the furnace wall, pseudo coke cake extrusion is performed. By variously changing the acting force from the opposite side and the upper side of the pseudo coke cake, it is possible to estimate the pushing force according to the uneven position in the furnace length direction and the furnace height direction.
つぎに、評価装置を用いた試験により求める方法を、炉壁表面に突起(凸部)が存在することを想定した場合について説明する。
この例では、図7、8に示すコークス押出負荷の評価装置を用いて押出し負荷を求める。
評価装置の基台11上には、一定の間隔を置いて左右の支持体12、13が設置されており、押出方向前後にも一定の間隔を置いて油圧シリンダ14とエアシリンダ16が設置されている。支持体間には、左右の側壁となる一対の側面パネル18、19が配置され、各側面パネルの前後の端部には前後パネル20、21が配置されており、側面パネルと前後パネルにより、コークスケーキ24の押圧空間が形成される。
Next, a method obtained by a test using an evaluation apparatus will be described in the case where it is assumed that protrusions (convex parts) exist on the furnace wall surface.
In this example, the extrusion load is obtained using a coke extrusion load evaluation apparatus shown in FIGS.
On the
油圧シリンダ14は、コークスケーキ24に押出し力を作用させるもので、そのラムヘッドの先端にはコークスケーキに押出し力を伝えるための押し側ブロック15が取り付けられている。また、エアシリンダ16は、押出し力に対する反力を作用させるもので、そのピストンロッド先端には、反力を伝え、押出し力を受けるための受け側ブロック17が取り付けられている。
油圧シリンダ14によって各パネルによって囲まれたコークスケーキ24を押出すとき、エアシリンダ16による反力の大きさを変えることにより、実際に押出されるコークスケーキ24の炉長方向の想定位置を変えた条件で、押出し力を測定することが可能となる。
The
When extruding the
前後パネル20、21は、コークスとともに側面パネル18、19間をコークス押出方向に移動するため、側面パネル18、19間の間隔よりも小さい幅に形成されて、側面パネル18、19は、コークス押出し方向と垂直な方向(幅方向)は移動可能とし、コークス押出し時にコークス押出し方向に移動しないように基台11上のエアシリンダ16側にストッパー(図示せず)を設ける。各パネルは、コークス装入時及び押出し時に移動できるように、チェーンなどの手段により垂直に吊り下げ支持されて基台11上に設置される。
The front and
側面パネル18、19と支持体12、13の間、押し側及び受け側のブロック15、17とそれぞれに対向する前後パネル20、21の間には、ロードセル22が複数個づつ設置され、油圧シリンダ14の押出し力、エアシリンダ16が受ける受力、及び、左右の側面パネル18、19の受力が、例えば、それぞれ複数の測定値の合計値として検出される。
A plurality of
側面パネル18、19のコークスと対向する面には、図9に示されるような突起25を、ボルトなどを用いて任意の位置に取り付けることができるようになっている。
突起25は、側面パネル18、19上面と連続する斜面及び該パネル上面と平行な水平面を有する楔形とし、斜面の角度や長さなどが異なる突起25を複数準備しておくことにより、突起の形状の違いによる押出し力の変化を測定できるようになっている。
この突起25を用いることで、壁面に凸凹がある場合の押出負荷に及ぼす影響を定量的に測定できるようにする。
A
The
By using the
各パネルに囲まれたコークスケーキの上方は開放されているので、測定するコークス上に荷重を積載することができる。実際のコークス炉では、コークスの高さ方向に自荷重の分布が存在するので、荷重を積載することによって、自荷重が異なる炉の高さ方向で突起25の想定位置を変化させることができる。
Since the upper part of the coke cake surrounded by each panel is open, a load can be loaded on the coke to be measured. In an actual coke oven, there is a self-load distribution in the height direction of the coke. Therefore, by loading the load, the assumed position of the
基台11上に設けられた油圧シリンダ14側の機枠には、例えばレーザ距離計のような位置検出器26が取り付けられており、コークス押出時の押し側ブロック15の移動距離を連続的に計測することができるようになっている。
A
上記のように構成されたコークスケーキ押出負荷評価装置においては、例えば小型電気炉室炉などで乾留して得られた所定サイズのコークスケーキ24を、装置の側壁パネル8、9及び前後パネル20、21で囲まれる空間に装入する。装入されたコークスケーキ24と側面パネル18、19の間のクリアランスを、左右の支持体12、13の移動により調整する。左右の支持体12、13の一方の側の側面パネル19には、あらかじめ突起25を図9(a)のように取り付けておく。
In the coke cake extrusion load evaluation apparatus configured as described above, for example, the
その後、油圧シリンダ14を作動させてコークスケーキ24に押出し力を付与するとともに、エアシリンダによって反力を作用させる。その結果、コークスケーキ24は、(押出し力−反力)の力によってエアシリンダ側に移動する。その際、コークスケーキは、図9(a)の初期状態(I)から、突起の斜面を移動(登坂)し(II)、最終的には突起頂点に乗り上げる(III)ように移動する。
コークスが突起25を通過する際、ロードセルにより、左右の側面パネルにかかる力、押出す際の押出し力、反力を作用する際の受力をそれぞれ測定する。
Thereafter, the
When the coke passes through the
側面パネル18、19に角度9.5度、長さ182.5mmの斜面を有する突起を設置し、おおよそのサイズが押出方向600mm、幅400mm、高さ400mmのコークスケーキを押出した場合の、コークスの移動距離に対するロードセルの検出荷重(それぞれの面における複数個の合計値)の変化を図9(b)に示す。
Coke when a projection having an inclined surface with an angle of 9.5 degrees and a length of 182.5 mm is installed on the
なお、図9(b)において、(イ)は押し側のブロック15と前パネル20の間に設けられたロードセル22で測定された荷重の合計値(押出し力)、(ロ)は受け側のブロック17と後パネル21の間に設けられたロードセル22で測定された荷重の合計値(反力)、(ハ)は支持体13と右側の側面パネル19の間に設けられたロードセル22で測定された荷重の合計値(右壁受力)、(ニ)は支持体12と左側の側面パネル18の間に設けられたロードセル22で測定された荷重の合計値(左壁受力)をそれぞれ示す。
In FIG. 9B, (a) is the total load value (extrusion force) measured by the
油圧シリンダ14によりコークスケーキ24に押出し力を作用する際には、エアシリンダ16による反力が一定になるようにエアシリンダ16の空気圧を制御する。この一定とする反力の設定値を変更(この反力の設定値により押出し力も変化する)することにより、実際のコークスケーキ24の炉長方向の想定位置での押出し力の推定が可能となる。
When the pushing force is applied to the
図9(b)において(イ)の押出し力と(ロ)の反力の差がコークスケーキ24に作用する荷重に相当する。図9(b)から移動距離が120〜330mmの範囲で押出し力(イ)はコークスケーキ24の押出し方向への移動とともに増加し、右壁受力(ハ)および左壁受力(ニ)は、図9(a)の(III)に示すコークスケーキ24が突起25の斜面を乗り超えた位置に相当する移動距離(300〜330mm)で最大となる。
In FIG. 9B, the difference between the extrusion force (A) and the reaction force (B) corresponds to the load acting on the
以上のようなコークス押出負荷の試験を、突起の形状、エアシリンダの反力、上部積載荷重を変えて行い、それぞれの場合における側壁にかかる力、押出し力、受力をそれぞれ測定し、これら測定値、さらには炉高方向の荷重に基づいて押出負荷を推定することにより、さまざまな形状の凹凸が、コークス炉の炉長方向や炉高方向において複数に分割された要素領域に存在する時の当該要素領域における押出負荷を推定することができる。 The above coke extrusion load test is performed by changing the shape of the protrusion, the reaction force of the air cylinder, and the upper load load, and measuring the force on the side wall, the pushing force, and the receiving force in each case, and measuring these. By estimating the extrusion load based on the value and also the load in the furnace height direction, unevenness of various shapes is present in the element area divided into multiple parts in the furnace length direction and furnace height direction of the coke oven. The extrusion load in the element region can be estimated.
以上の説明では、主に炉壁に凹部がある場合を例としたが、凸部がある場合でも同様に実施できるものである。
また、押出し力を推定しようとする要素領域に、炉壁凹凸ある場合を例として説明したが、炉壁凹凸がない場合には、シミュレーションによる方法及び評価装置による方法のいずれであっても、その位置に応じた反力を付加することにより、炉壁凹凸がある場合と同様にしてそれぞれその区間における押出し力を推定することができる。
In the above description, the case where there is a concave portion on the furnace wall is mainly taken as an example.
Moreover, although the case where the furnace region has unevenness in the element region where the extrusion force is to be estimated has been described as an example, in the case where there is no furnace wall unevenness, either the method by simulation or the method by the evaluation apparatus, By adding a reaction force according to the position, the pushing force in each section can be estimated in the same manner as when there is a furnace wall unevenness.
以上のようにして、炉長方向や炉高方向において複数に分割された各要素領域について押出し力の推定値を求め、それらの推定値を炉長方向及び炉高方向で総和することにより、実炉全体のコークスケーキ想定した押出し力を推定することができる。 As described above, an estimated value of the extrusion force is obtained for each element region divided into a plurality in the furnace length direction and the furnace height direction, and the estimated values are summed in the furnace length direction and the furnace height direction. The extrusion force assumed for the coke cake of the whole furnace can be estimated.
1 単位粒子
2 擬似コークス塊
3 擬似コークスケーキの炉幅方向中央部の間隙
4 炭化室
5 擬似コークスケーキ
6 炉壁の凹部
7 炉壁の凸部
8 擬似コークスケーキと炉壁との間隙
11 基台
12、13 支持体
14 油圧シリンダ
15 押し側のブロック
16 エアシリンダ
17 受け側のブロック
18、19 側面パネル
20、21 前後パネル
22 ロードセル
23 ローラ
24 コークスケーキ
25 突起
26 位置検出器
30 コークス炉
31 コークスケーキ
32 押出し機のラム
33 炉壁
34 炉壁の凸部
35 炉壁の凹部
F 押出し力
d 擬似コークスケーキの炉幅方向中央部の間隙の値
s 擬似コークスケーキと炉壁との間隙の値
DESCRIPTION OF
Claims (4)
炉壁のプロフィールに基づいて、炭化室を、炉長方向に、炉壁に凹凸のない区間と凹凸がある区間に分割し、
炭化室内のコークスケーキを複数の要素領域に分割し、各要素領域についてそれが炉壁に凹凸のない区間及び凹凸がある区間のいずれにあるか判別し、
それぞれの場合について、各要素領域に存在するコークスケーキが所定の速度で移動するために必要な押出し力を、その要素領域の炉長方向の位置に応じた反力をコークス押出し側と反対側から付加することによって求め、
求められた各要素領域の押出し力に基づいて、コークスケーキ全体を炭化室から押出す際の押出し負荷を推定することを特徴とするコークス押出し負荷の推定方法。 Set the furnace wall profile in the coking oven carbonization chamber,
Based on the profile of the furnace wall, the carbonization chamber is divided in the furnace length direction into a section with no irregularities and a section with irregularities on the furnace wall,
Dividing the coke cake in the carbonization chamber into a plurality of element areas, and determining whether each element area is in a section without unevenness or a section with unevenness in the furnace wall,
In each case, the extrusion force required for the coke cake present in each element region to move at a predetermined speed is determined from the opposite side of the coke extrusion side by the reaction force corresponding to the position of the element region in the furnace length direction. Seeking by adding,
A method for estimating a coke extrusion load, characterized by estimating an extrusion load when the entire coke cake is extruded from a carbonization chamber based on the obtained extrusion force of each element region.
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