JP2019127523A - 成型炭の装入方法およびコークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成型炭の製造コストおよび成型炭の装入コストの増加を抑制しながら、炭化室装入時の成型炭の粉化を抑制できる成型炭の装入方法を提供する。【解決手段】装炭車を用いてコークス炉の炭化室の天井に設けられた複数の装炭孔から、成型炭を炭化室に装入する成型炭の装入方法であって、成型炭は、第１の成型炭と、第１の成型炭よりも強度が低い第２の成型炭とを含み、複数の装炭孔から第１の装炭孔を選択して、選択された第１の装炭孔から第１の成型炭の装入を開始し、第１の装炭孔として選択されなかった他の装炭孔から第２の装炭孔を選択し、第２の装炭孔の下に第１の成型炭が装入された後に、選択された第２装炭孔から第２の成型炭の装入を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、成型炭の粉化を抑制できる成型炭の装入方法および当該成型炭の装入方法で成型炭を装入してコークスを製造するコークスの製造方法に関する。

高炉で使用されるコークスを製造する設備として、室炉式コークス炉（以下、単に「コークス炉」と呼ぶ）が利用されている。コークス炉は、炉幅方向に離間して並列する燃焼室とそれらの燃焼室に挟まれて設けられている炭化室から構成されている。そして、このコークス炉の炭化室の天井には、複数個（通常４〜５個）の装炭孔が一列に設けられた装炭孔が配設されており、原料炭はその装炭孔を通じて炭化室内に装入され、前記燃焼室でガスを燃焼して発生する熱を、耐火物を介して炭化室に供給することにより、乾留し、コークスを製造している。

高炉で使用されるコークスは、高炉への搬送時の衝撃や、高炉内の高温雰囲気下での流動降下時の摩擦等に耐えるために、冷間強度、熱間強度が高いことが要求される。そのために、原料となる石炭としては、乾留時に溶融、粘結する粘結炭が用いられている。しかし、世界で採掘可能な石炭の内、粘結炭は１割程度であり高価である。そのため、資源の有効利用の観点から、また、コークス製造コストの低減の観点から、原料として粘結性の低い一般炭をコークス炉で使用することが検討されてきた。その一方法として、一般炭を含む石炭を成型した成型炭を作り、これをコークス炉用の原料炭として使用する技術が開発されている。

コークス炉の炭化室に上方から成型炭を含む配合炭を装入する成型炭配合法は、１９７０年代より工業化され、既設コークス製造設備に成型炭製造設備を付設するだけで容易に実施できるプロセスであることから急速に普及し、コークスの品質向上と製造コスト低減に大きな役割を果たしている。一方、成型炭は粉炭をバインダーで結合させて製造されたものであり、衝撃によって容易に粉化するという問題があった。

特に、成型炭をコークス炉の炭化室へ装入する際に、成型炭は、炭化室の炉高分に相当する５〜８ｍ程度落下する。成型炭は、当該落下により大きな衝撃を受けて粉化する。コークス炉内で成型炭が粉化すると、装入された成型炭の嵩密度が部分的に過剰となり、乾留後に得られたコークスの押出時の負荷増大や乾留不良を起こす。

このような成型炭の粉化を避けるために、特許文献１では、成型炭と粉炭とを使い、最初に粉炭のみを全装入量の３０ｍａｓｓ％ないし６０ｍａｓｓ％入れた後に、残量は粉炭と成型炭との混合物として装入する方法を提案している。

特開平１−１７８５８９号公報 特開２０１６−２７１３８号公報

特許文献１に記載の方法では、最初に全装入量の３０〜６０％の粉状炭を炭化室に装入するが、粉状炭には成型炭よりも品位の高い石炭を用いないと成型炭と同等の強度のコークスが得られないので、石炭原料のコストが増加する。

また、特許文献１の方法を実施するには、ホッパー下部にスライド式の篩と振動機とが設けられた装炭車に粉状炭と成型炭の混合物を装入し、ホッパー下部に設けられた篩により成型炭を装入せずに粉状炭のみを装入し、３０〜６０％の粉状炭を装入した後に篩を引き抜いて粉状炭と成型炭とを装入する。このように、特許文献１の方法を実施するには、篩と篩の目詰まりを防止する振動機とが設けられた特殊な装炭車が必要となるので設備費用が増加し、コークス原料の装入コストが増加する。また、成型炭の粉化を抑制するためには、成型炭の強度を高めることが考えられるが、成型炭の強度を高めるには添加するバインダーの量を増やすことが必要になるので成型炭の製造コストが上昇する。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、その目的は、成型炭の製造コストおよび成型炭の装入コストの増加を抑制しながら、装入時の成型炭の粉化を抑制できる成型炭の装入方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）装炭車を用いてコークス炉の炭化室の天井に設けられた複数の装炭孔から、成型炭を前記炭化室に装入する成型炭の装入方法であって、前記成型炭は、少なくとも第１の成型炭と、前記第１の成型炭よりも強度が低い第２の成型炭とを含み、前記複数の装炭孔から第１の装炭孔を選択して、選択された前記第１の装炭孔から前記第１の成型炭の装入を開始し、前記第１の装炭孔として選択されなかった他の装炭孔から第２の装炭孔を選択し、前記第２の装炭孔の下に前記第１の成型炭が装入された後に、選択された前記第２の装炭孔から前記第２の成型炭の装入を開始する、成型炭の装入方法。
（２）前記第１の成型炭および／または前記第２の成型炭は、複数種類の成型炭からなる、（１）に記載の成型炭の装入方法。
（３）前記複数の装炭孔の数は３以上であり、前記複数の装炭孔から一つ置きに前記第１の装炭孔を選択する、（１）または（２）に記載の成型炭の装入方法。
（４）前記成型炭の種類ごとに落下高さと粉化比率との関係を求めておき、前記第１の成型炭と前記第２の成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であり、前記第１の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの落下高さを落下しても粉化比率の目標値よりも高くなる強度を有し、前記第１の成型炭の装入により、前記他の装炭孔における前記装炭車からの落下高さが、落下高さと粉化比率の関係に基づいて求められた第２の成型炭の粉化比率が目標値となる落下高さより低くなった後に前記第２の成型炭の装入を開始する、（１）から（３）のいずれか１つに記載の成型炭の装入方法。
（５）前記成型炭の種類ごとに落下高さと粉化比率との関係を求めておき、前記第１の成型炭および前記第２の成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であり、前記第１の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの高さを落下させた場合に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％以下となる強度を有し、前記第２の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの高さを落下させた場合に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％を超える強度を有し、前記第１の成型炭の装入により、前記他の装炭孔における前記装炭車からの落下高さが、第２の成型炭の粉化比率が２０質量％以下となる落下高さより低くなった後に前記第２の成型炭の装入を開始する、（１）から（３）のいずれか１つに記載の成型炭の装入方法。
（６）前記成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える石炭の成型物が８０質量％以上と、粒径が１５ｍｍ以下の粉状の石炭または石炭の成型物が２０質量％以下からなる、（１）から（５）のいずれか１つに記載の成型炭の装入方法。
（７）（１）から（６）の何れか１つに記載の成型炭の装入方法で炭化室に成型炭を装入し、乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。

本発明の実施により、強度の低い成型炭を用いつつ、特殊な装炭車を用いることなく装入時の成型炭の粉化を抑制できる。これにより、成型炭の製造コストおよび成型炭の装入コストの増加を抑制しながら、炭化室装入時の成型炭の粉化を抑制できる。

本実施形態に係る成型炭の装入方法の概要を説明する図である。 装入試験で用いた試験容器の斜視図である。 成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。 装入パターン１における１回目の装入後の断面模式図である。 装入パターン１における２回目の装入後の断面模式図である。 装入パターン１における３回目の装入後の断面模式図である。 装入パターン２における２回目の装入後の断面模式図である。 装入パターン３における３回目の装入後の断面模式図である。

図１は、本実施形態に係る成型炭の装入方法の概要を示す図である。図１（ａ）は、装入前の炭化室の状態を示す。コークス炉１０は、本実施形態に係る成型炭の装入方法が実施できるコークス炉の一例である。コークス炉１０は、炭化室１２と、炭化室１２に成型炭を装入する４基のホッパー３０、３２、３４、３６を有する装炭車と、を備える。炭化室１２の天井には、４つの装炭孔２０、２２、２４、２６が設けられている。装炭車のホッパー３０、３２、３４、３６は、装炭孔２０、２２、２４、２６に対応して４基設けられている。これらの装炭車のホッパー３０、３２、３４、３６は、不図示の石炭塔から成型炭を受け、対応する装炭孔から成型炭を装入する。なお、本実施形態における成型炭とは、複数銘柄の石炭と粘結材であるバインダーとを含む原料を混練し、加圧成型して製造された成型炭である。

本実施形態に係る成型炭の装入方法に用いられる成型炭は、例えば、２種の異なる強度の成型炭から構成される。強度の高い成型炭の圧潰強度は、例えば、１．７ｋＮであり、強度の低い成型炭の圧潰強度は、例えば、１．１ｋＮである。ここで、圧潰強度１．７ｋＮの成型炭は、第１の成型炭の一例であり、圧潰強度１．１ｋＮの成型炭は、第２の成型炭の一例である。本実施形態では、成型炭の強度として、成型炭の圧潰強度を用いた。本実施形態に係る成型炭の圧潰強度は、圧縮試験機を用いて成型炭を圧縮速度１ｍｍ／ｍｉｎで圧縮したときに測定される強度の最大値である。

本実施形態に係る成型炭の装入方法では、まず、１つ置きの装炭孔２０、２４を選択し、装炭孔２０、２４から第１の成型炭の装入を開始する。装炭孔２０、２４から装入された成型炭は、炉底面と、装入された第１の成型炭の上面とがなす角度が第１の成型炭の安息角となるように炉底に向かって広がって炭化室１２に装入される。図１に示した例においては、装炭孔２０、２４が第１の装炭孔となる。

図１（ｂ）は、第１の成型炭が炭化室１２に所定量装入された後の状態を示す。図１（ｂ）に示すように、第１の成型炭は、第１の装炭孔に選択されなかった装炭孔２２、２６の下にも装入される。第２の成型炭の装入は、第１の装炭孔に選択されなかった装炭孔２２、２６の下に第１の成型炭が装入された後に開始される。図１に示した例においては、装炭孔２２、２６が第２の装炭孔となる。

第２の成型炭は、装炭孔２２、２６の下に第１の成型炭が装入された後に装入されるので、第２の成型炭は、第１の成型炭の上に落下する。このため、第２の成型炭の落下高さは、第１の成型炭が装入された分だけ低くなるとともに、第２の成型炭が装入時に受ける落下衝撃は第１の成型炭によって緩衝される。落下高さの低下と、第１の成型炭の緩衝により、第２の成型炭が装入時に受ける落下衝撃は、第１の成型炭が受ける落下衝撃よりも小さくなる。

図１（ｃ）は、第１の成型炭および第２の成型炭を炭化室１２の上部まで装入した状態を示す。装炭孔２２、２６から第２の成型炭の装入を開始した後においては、炭化室１２に目標とする量の成型炭が装入されるまで第１の成型炭および第２の成型炭を任意の方法で装入してよい。例えば、装炭孔２２、２６から第２の成型炭の装入を開始した後においても装炭孔２０、２４から第１の成型炭の装入を継続してもよく、装炭孔２２、２６から第２の成型炭の装入を開始した後に第１の成型炭の装入を停止してもよい。第１の成型炭の装入を停止した場合には、装炭孔２２、２６から第２の成型炭を炭化室１２の上部まで装入した後に、装炭孔２０、２４から第１の成型炭の装入を開始し、第１の成型炭を炭化室１２の上部まで装入する。そして、目標となる成型炭を炭化室１２に装入した後、当該成型炭を乾留してコークスを製造する。

本実施形態に係る成型炭の装入方法を用いることで、第１の成型炭よりも強度の低い第２の成型炭を用いながら、強度の低い第２の成型炭の装入時の粉化を抑制でき、成型炭の粉化によるコークスの押出時の負荷増大や乾留不良を抑制できる。強度の低い第２の成型炭は、強度の高い第１の成型炭よりも製造コストを低廉化できるので、第２の成型炭を用いることで、成型炭の製造コストの増加を抑制できる。また、それぞれの装炭孔から同じ種類の成型炭を装入するので、各装炭孔から装入される成型炭を収容する石炭塔を配置し、当該石炭塔から成型炭を装炭車に供給すれば、従来の装炭車を用いて装入できる。このため、装炭車に篩や振動機を設ける必要がないので、成型炭の装入コストの上昇も抑制できる。

なお、図１に示した例において、４つの装炭孔２０、２２、２４、２６から１つ置きの装炭孔２０、２４を選択し、当該装炭孔から第１の成型炭の装入を開始した例を示したが、これに限られない。第１の成型炭は、装炭孔２０、２２、２４、２６から選択された任意の装炭孔を選択して装入されてよく、第２の成型炭は、選択されなかった他の装炭孔から装入されればよい。第１の成型炭の装入により、第２の成型炭が装入される装炭孔の下に第１の成型炭が装入されれば、その後に装入される第２の成型炭の装入時の粉化は抑制される。

但し、図１に示したコークス炉１０のように装炭孔の数が３以上である場合には、１つ置きの装炭孔２０、２４から第１の成型炭を装入し、選択されていない他の装炭孔２２、２６から第２の成型炭を装入することが好ましい。これにより、第１の成型炭を第２の成型炭が装入される装炭孔２２、２６の下に効率よく装入できる。

さらに、特許文献２によれば、炭化室に装入される石炭原料のうち、粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にすることで、石炭原料の乾留速度が向上し、コークスの生産性が向上する。このため、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合が７０質量％以上９５質量％以下になるように、第１の成型炭の装入量と、第２の成型炭の装入量とを調整することが好ましい。これにより、炭化室１２に装入された成型炭の乾留速度が向上し、コークスの生産性を向上できる。

例えば、第１の成型炭を、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であって、装入時に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％以下となるような強度の高い成型炭とし、第２の成型炭を、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であって、装入時に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％を超えるような強度の低い成型炭とする。

予め、成型炭の種類ごとに落下高さと粉化比率との関係を求めておき、第１の成型炭を装炭孔２０、２４から装入し、第１の成型炭の装入により装炭孔２２、２６における装炭車のホッパー３２、３６からの落下高さが、第２の成型炭の粉化比率が２０質量％以下になる落下高さよりも低くなった後に、装炭孔２２、２６から第２の成型炭の装入を開始する。これにより、製造コストが低廉な第２の成型炭を用いつつ、第２の成型炭の装入時の粉化が抑制され、その粉化比率は２０質量％以下になる。これにより、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできるので、成型炭の乾留時間が向上しコークスの生産性を向上できる。なお、本実施形態において、粒径１５ｍｍを超える成型炭とは、目開き１５ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けられる成型炭である。

装炭孔２０、２４から装入された第１の成型炭であって、装炭孔２２、２６の下に装入される第１の成型炭の高さは、第１の成型炭の装入量と、第１の成型炭の安息角と、炭化室１２における各寸法とから算出できる。このため、予め求められた落下高さと粉化比率との関係から第２の成型炭の粉化比率が２０質量％以下になる落下高さを算出し、当該落下高さとなる第１の成型炭の装入量を、第１の成型炭の安息角および嵩密度と、炭化室１２の各寸法とから算出する。そして、算出された装入量の第１の成型炭を装入した後に、第２の成型炭の装入を開始することで、強度の低い第２の成型炭を用いながら、第２の成型炭の装入時の粉化を抑制でき、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできる。

次に、成型炭の落下高さと成型炭の粉化比率との関係について説明する。成型炭の落下高さが高くなると成型炭に作用する落下衝撃が大きくなるので、成型炭の粉化比率は高くなる。また、成型炭の強度が高くなると、成型炭に作用する落下衝撃に耐えて成型炭の粉化が抑制されるので、成型炭の粉化比率は低くなる。この確認を行うため、一般的な炭化室を模擬した試験容器４０を用いて、成型炭の装入試験を実施した。

図２は、装入試験で用いた試験容器の斜視図である。試験容器４０は、幅寸法Ｌ１が４３０ｍｍ、高さ寸法Ｌ２が７５２０ｍｍ、長さ寸法Ｌ３が３０２０ｍｍの矩形の容器であり、試験容器４０の上面には開口部４２が設けられ、側面には開閉可能な窓４４が高さ１ｍごとに複数設けられている。試験容器４０の幅寸法Ｌ１および高さ寸法Ｌ２は、それぞれ一般的なコークス炉における炭化室の幅および落下高さと同程度にしている。また、試験容器４０の長さ寸法Ｌ３は、短すぎると試験容器４０の側面の影響を受けて成型炭の装入挙動が変化するおそれがあるので、寸法Ｌ３は、成型炭の装入挙動に影響が出ない程度の長さにした。

成型炭の装入試験では、試験容器４０の開口部４２から成型炭を装入した。装入する成型炭は、縦４４ｍｍ、横４４ｍｍ、高さ３６ｍｍのマセック型の成型炭である。成型炭の圧潰強度は、バインダーであるＳＯＰの添加量を変えることで１．７ｋＮ、１．１ｋＮ、０．７ｋＮに調整した。

試験容器４０を満たすまで開口部４２から成型炭を６ｔ装入した後、側面に設けられた窓４４から成型炭を採取し、成型炭の粉化比率を測定した。なお、本実施形態では、試験容器４０の窓４４から採取した全成型炭のうち、目開き１５ｍｍの篩を用いて篩下に篩分けられた成型炭は粉状炭になったとして、成型炭の粉化比率を、篩下質量と、全成型炭質量と、下記（１）式とを用いて算出した。
粉化比率（質量％）＝［篩下質量（ｋｇ）／全成型炭質量（ｋｇ）］×１００・・・（１）

図３は、成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。図３において、横軸は、粉化比率（質量％）であり、縦軸は、落下高さ（ｍ）である。図３によれば、落下高さが高くなるにつれて粉化比率は増加する。また、圧潰強度の高い成型炭の粉化比率は低く、圧潰強度の低い成型炭の粉化比率は高い。一般的なコークス炉の落下高さである約８ｍの装入では、圧潰強度が１．７ｋＮ以上の成型炭では粉化比率が２０質量％以下となるが、圧潰強度が１．７ｋＮ未満の成型炭では粉化比率が２０質量％を超える。

上述したように、炭化室１２に成型炭を装入してコークスを製造する場合に、装入時の成型炭の粉化比率を２０質量％以下に抑えることができれば、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできる。最初に炭化室１２に装入する成型炭であって、装入時の落下高さが約８ｍである場合には、炭化室１２に圧潰強度が１．７ｋＮ以上の成型炭を装入する。これにより、成型炭の粉化比率を２０質量％以下に抑えることができ、粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできる。

一方、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の粉化比率を２０質量％以下にするには、図３から落下高さを約６ｍ以下にすればよいことがわかる。同じく、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭の粉化比率を２０質量％以下にするには、落下高さを約４ｍ以下にすればよいことがわかる。

例えば、装炭車から炭化室の炉底までの落下高さが８ｍである一般的なコークス炉において、圧潰強度が１．７ｋＮの第１の成型炭と、圧潰強度が１．１ｋＮの第２の成型炭を用いた場合では、まず、１つ置きの装炭孔２０、２４から第１の成型炭の装入を開始する。そして、第１の成型炭の装入により、他の装炭孔２２、２６における装炭車からの落下高さが６ｍより低くなった後に、他の装炭孔２２、２６から第２の成型炭の装入を開始する。このように、第１の成型炭および第２の成型炭を装入することで、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできる。

なお、本実施形態において、成型炭の強度を圧潰強度で示したが、これに限られない。成型炭の強度として、圧潰強度に代えて、トロンメル強度やＩ型ドラム強度などの回転強度、シャッター強度、落下試験によって求められる粉率を用いてもよい。さらに、装炭車のホッパーの成型炭切り出し口から炭化室１２の炉底までの落下高さが８ｍであり、成型炭の粉化比率の目標値を２０％以下とした例について説明したが、これに限られない。成型炭の粉化比率の目標値は、求められるコークスの生産性の向上度合いに応じて任意の値としてよい。コークス原料として用いる成型炭について、予め落下高さと粉化比率の関係を求めておけば、その関係に基づいて、粉化比率の目標値となる落下高さを定めることができる。そして、各成型炭を、各装炭車から炭化室１２の炉底まで、または、炭化室１２にすでに装入された成型炭の上面までの落下高さが、粉化比率の目標値となる落下高さよりも低くなった後に、成型炭の装入を開始すれば、成型炭の粉化比率を目標値より小さくできる。

また、本実施形態に用いる第１の成型炭を、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭とし、第２の成型炭を、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭とした例を示したが、これに限られない。例えば、第１の成型炭および第２の成型炭は、それぞれ複数の圧潰強度を有する複数種類の成型炭を含んでもよい。

この場合に、第１の成型炭の圧潰強度と第２の成型炭の圧潰強度とを比較する場合には、第１の成型炭における最も低い圧潰強度と、第２の成型炭における最も高い圧潰強度とを用いて比較する。これにより、最初に装入される第１の成型炭の圧潰強度は、後に装入される第２の成型炭の圧潰強度よりも高くなり、圧潰強度の低い成型炭が最初に装入され、粉化比率が高くなることを回避できる。また、成型炭の粉化比率に基づいて落下高さを定める場合には、第１の成型炭および第２の成型炭ともに最も低い圧潰強度を用いる。これにより、装入後における成型炭の粉化比率の目標値を確実に達成できる。

本実施形態に係る成型炭の装入方法に用いられる成型炭は、粉砕した石炭をバインダーと混合し、成型機を用いて成型することによって製造される。成型炭の強度には、バインダーの量、バインダーの種類、成型条件、水分量、石炭の粒度などが影響するので、これら因子を変更することによって成型炭の強度が変更されてよい。第２の成型炭の圧潰強度は第１の成型炭の圧潰強度よりも低いので、第２の成型炭の石炭原料や成型条件等の自由度は第１の成型炭の成型条件等より高くなる。本実施形態に係る成型炭の装入方法を用いることで、炭化室に装入される成型炭の一部に成型条件等の自由度の高い成型炭を用いることができる。なお、成型炭には、石炭以外に、粉コークス、オイルコークス類、粘結材、プラスチック類、油類、バイオマスなどが含まれていてもよい。また、成型炭には１５ｍｍ以下の粉状の石炭や成型炭の崩壊物が含まれていてもよい。但し、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にするには、装入される成型炭に含まれる粒径が１５ｍｍを超える石炭の成型物の割合が８０質量％以上であり、粒径１５ｍｍ以下の粉状の石炭または石炭の成型物の割合が２０質量％以下であることが好ましい。

次に、本実施形態に係る成型炭の装入方法における装入パターンによる装入をシミュレートし、各強度の成型炭の装入比率を見積もった結果を説明する。圧潰強度が１．７ｋＮ、１．１ｋＮ、０．７ｋＮの３種類の成型炭を用いて、これらの成型炭を装炭車から炉底までの落下高さが８ｍの炭化室１２に装入するとして、装入パターンを変えて成型炭を装入した場合の各強度の成型炭の装入比率を見積もった。

まず、装入パターン１で成型炭を装入した結果について説明する。装入パターン１では、１回目の装入として、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装炭孔２０、２４から装入する。図４は、装入パターン１における１回目の装入後の断面模式図である。図４は、炭化室１２の幅方向の中心線と、装炭孔の中心軸とを通る面で切断した断面模式図であり、図５〜図８も同じ面で切断した断面模式図である。圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭は、装炭孔２２、２６の下における炉底から成型炭上面までの高さＨ_１が２．０ｍになるまで装入される。例えば、Ｌ_１＝Ｌ_５＝２．０ｍとし、Ｌ_２＝Ｌ_３＝Ｌ_４＝４．０ｍとし、すべての成型炭の安息角αを３０°とすると、１回目に装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態５０は、図４に示す形になる。

装入パターン１では、２回目の装入として、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を装炭孔２２、２６から装入する。図５は、装入パターン１における２回目の装入後の断面模式図である。２回目の装入では、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭が、１回目の装入で選択されなかった装炭孔２２、２６から炉底から成型炭上面までの高さＨ_２が６．６ｍになるまで装入される。２回目に装入される圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入状態５２は、図５に示す形になる。

装入パターン１では、３回目の装入として、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装炭孔２０、２４から装入する。図６は、装入パターン１における３回目の装入後の断面模式図である。３回目の装入では、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭が、装炭孔２０、２４から炉底から成型炭上面までの高さＨ_２が６．６ｍになるまで装入される。３回目に装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態５４は、図６に示す形になる。図６に示した装入状態５０、５２、５４の面積比から１回目〜３回目の各成型炭の装入比率を算出した。装入比率の結果を表１に示す。

装入パターン１では、装炭孔２０、２４から装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入比率は６２．０質量％となり、装炭孔２２、２６から装入される圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入比率は３８．０質量％となった。圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭は、落下高さ８．０ｍであっても粉化比率が２０質量％以下になる。一方、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭は、落下高さ８．０ｍでは粉化比率が２０質量％超えとなる成型炭であるが、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入により、落下高さが６．０ｍ以下となった後に装入されるので、装入時の粉化が抑制され、その粉化比率は２０質量％以下になる。

このように、本実施形態に係る成型炭の装入方法の一例である装入パターン１で成型炭を装入することで、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を３８．０質量％用いながら、当該成型炭の粉化を抑制し、その粉化比率を２０質量％以下にできる。圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭は、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭よりも添加するバインダー量が少なく製造コストが低廉であるので、成型炭の製造コストの増加を抑制しながら、装入時の粉化を抑制でき、成型炭の粉化によるコークスの押出時の負荷増大や乾留不良を抑制できる。また、それぞれの装炭孔から同じ種類の成型炭を装入するので、装炭車に篩や振動機を設ける必要がなく、成型炭の装入コストの上昇も抑制できる。

また、このように成型炭を装入することで、炭化室１２に装入される粒径１５ｍｍを超える成型炭の割合を７０質量％以上９５質量％以下にできるので、成型炭の乾留速度が向上しコークスの生産性を向上できる。

次に、装入パターン２で成型炭を装入した結果について説明する。装入パターン２では、装入パターン１と同様に、１回目の装入では圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装炭孔２０、２４から装入する。圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭は、装炭孔２２、２６の下における炉底から成型炭上面までの高さＨ_１が２．０ｍになるまで装入される。

次いで、２回目の装入として、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を継続して装炭孔２０、２４から装入するとともに、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を装炭孔２２、２６から装入する。圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭および圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭は、それぞれの装炭孔から炉底から成型炭上面までの高さＨ_２が６．６ｍになるまで装入される。

図７は、装入パターン２における２回目の装入後の断面模式図である。図７において、装入状態５０は、１回目に装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態を示し、装入状態５６は、２回目に継続して装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態を示し、装入状態５８は、２回目に装入される圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入状態を示す。図７に示した装入状態５０、５６、５８の面積比から１回目〜２回目の各成型炭の装入比率を算出した。装入比率の結果を表２に示す。

装入パターン２において、装炭孔２０、２４から装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入比率は６９．０質量％となり、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入比率は３１．０質量％となった。圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭は、落下高さ８．０ｍでは粉化比率が２０質量％超えとなる成型炭であるが、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入により、落下高さが６．０ｍ以下となった後に装入されるので、装入時の粉化が抑制され、その粉化比率は２０質量％以下になる。

このように、本実施形態に係る成型炭の装入方法の他の例である装入パターン２で成型炭を装入することで、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を３１．０質量％用いながら、当該成型炭の粉化を抑制し、その粉化比率を２０質量％以下にできる。装入パターン２では、製造コストが低廉な圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入比率が装入パターン１よりも低くなる。一方、装入パターン２では、装炭孔２０、２４から継続して圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装入するので、成型炭の装入時間は、装入パターン１より短くなり生産性が高まることにより成型炭の装入コストは低下する。このため、成型炭の製造コストおよび成型炭の装入コストを比較し、成型炭の製造コストが高い場合は、装入パターン１を選択し、成型炭の装入コストが高い場合は、装入パターン２を選択してよい。

次に、装入パターン３で成型炭を装入した結果について説明する。装入パターン３では、１回目の装入として、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装炭孔２４から装入する。圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭は、装炭孔２２、２６の下における炉底から成型炭上面までの高さＨ_１が２．０ｍになるまで装入される。

次いで、２回目の装入として、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を装炭孔２２、２６から装入する。圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭は、装炭孔２２、２６から炉底からの高さＨ_２が６．６ｍになるまで装入される。

次いで、３回目の装入として、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭を装炭孔２０から装入し、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭を装炭孔２４から装入する。圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭および圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭は、それぞれの装炭孔から炉底からの高さＨ_２が６．６ｍになるまで装入される。

装入パターン３では、製造コストがさらに低廉な圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭を３回目の装入に用いる。２回目の装入によって、装炭孔２０の下には、炉底から成型炭上面までの高さＨ_３が４．３ｍになるまで圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭と、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭とが装入されているので、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭を装入しても落下高さは３．７ｍになり、その粉化比率は２０質量％以下になる。

図８は、装入パターン３における３回目の装入後の断面模式図である。図８において、装入状態６０は、１回目に装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態を示し、装入状態６２は、２回目に装入される圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入状態を示す。また、装入状態６４は、３回目に装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入状態を示し、装入状態６６は、３回目に装入される圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭の装入状態を示す。図８に示した装入状態６０、６２、６４、６６の面積比から１回目〜３回目の各成型炭の装入比率を算出した。装入比率の結果を表３に示す。

装入パターン３において、装炭孔２４から装入される圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭の装入比率は３８．０質量％となり、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭の装入比率は５１．０質量％となり、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭の装入比率は７．０質量％となった。圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭および０．７ｋＮの成型炭は、落下高さ８．０ｍでは粉化比率が２０質量％超えとなる成型炭であるが、圧潰強度が１．７ｋＮの成型炭および圧潰強度１．１ｋＮの装入により装入時の粉化が抑制され、その粉化比率を２０質量％以下にできる。

このように、本実施形態に係る成型炭の装入方法の他の例である装入パターン３で成型炭を装入することで、圧潰強度が１．１ｋＮの成型炭を５１．０質量％、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭を７．０質量％用いながら、これらの成型炭の粉化を抑制できるので、成型炭の製造コストの増加をさらに抑制できることがわかる。

１０ コークス炉
１２ 炭化室
２０ 装炭孔
２２ 装炭孔
２４ 装炭孔
２６ 装炭孔
３０ 装炭車のホッパー
３２ 装炭車のホッパー
３４ 装炭車のホッパー
３６ 装炭車のホッパー
４０ 試験容器
４２ 開口部
４４ 窓
５０ 装入状態
５２ 装入状態
５４ 装入状態
５６ 装入状態
５８ 装入状態
６０ 装入状態
６２ 装入状態
６４ 装入状態
６６ 装入状態

Claims (7)

1. 装炭車を用いてコークス炉の炭化室の天井に設けられた複数の装炭孔から、成型炭を前記炭化室に装入する成型炭の装入方法であって、
   前記成型炭は、少なくとも第１の成型炭と、前記第１の成型炭よりも強度が低い第２の成型炭とを含み、
   前記複数の装炭孔から第１の装炭孔を選択して、選択された前記第１の装炭孔から前記第１の成型炭の装入を開始し、
   前記第１の装炭孔として選択されなかった他の装炭孔から第２の装炭孔を選択し、前記第２の装炭孔の下に前記第１の成型炭が装入された後に、選択された前記第２の装炭孔から前記第２の成型炭の装入を開始する、成型炭の装入方法。
2. 前記第１の成型炭および／または前記第２の成型炭は、複数種類の成型炭からなる、請求項１に記載の成型炭の装入方法。
3. 前記複数の装炭孔の数は３以上であり、前記複数の装炭孔から一つ置きに前記第１の装炭孔を選択する、請求項１または請求項２に記載の成型炭の装入方法。
4. 前記成型炭の種類ごとに落下高さと粉化比率との関係を求めておき、
   前記第１の成型炭と前記第２の成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であり、
   前記第１の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの落下高さを落下しても粉化比率の目標値よりも高くなる強度を有し、
   前記第１の成型炭の装入により、前記他の装炭孔における前記装炭車からの落下高さが、落下高さと粉化比率の関係に基づいて求められた第２の成型炭の粉化比率が目標値となる落下高さより低くなった後に前記第２の成型炭の装入を開始する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成型炭の装入方法。
5. 前記成型炭の種類ごとに落下高さと粉化比率との関係を求めておき、
   前記第１の成型炭および前記第２の成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える成型炭であり、
   前記第１の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの高さを落下させた場合に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％以下となる強度を有し、
   前記第２の成型炭は、前記装炭車から前記炭化室の炉底までの高さを落下させた場合に粒径が１５ｍｍ以下となる粉化比率が２０質量％を超える強度を有し、
   前記第１の成型炭の装入により、前記他の装炭孔における前記装炭車からの落下高さが、第２の成型炭の粉化比率が２０質量％以下となる落下高さより低くなった後に前記第２の成型炭の装入を開始する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成型炭の装入方法。
6. 前記成型炭は、粒径が１５ｍｍを超える石炭の成型物が８０質量％以上と、粒径が１５ｍｍ以下の粉状の石炭または石炭の成型物が２０質量％以下からなる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の成型炭の装入方法。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載の成型炭の装入方法で炭化室に成型炭を装入し、乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。