JP2020083929A - コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用しても炉蓋密閉性を維持することが可能なコークスの製造方法を提供する。【解決手段】揮発分が２７質量％以上である配合石炭を使用してコークスを製造する方法であって、フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃以上とした後に、コークスを炭化室から押し出す。これにより、塊状のタール混合物が窯口近傍に掃き寄せられる量よりもタール焼失速度のほうが勝る傾向が強くなり、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用しても炉蓋密閉性を維持することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、コークスの製造方法に関し、詳細には、製鉄用コークス製造時に発生するタールの炉枠等への付着抑制方法に関する。

コークス炉の炭化室に装入された石炭は、炭化室の両側に隣接する燃焼室から炉壁煉瓦を通して供給される高温の熱によって乾留され、コークスとなる。その際、黒色の液体生成物であるタールが石炭粒子から生成する。
一般に、タールは多種類の化合物を包含しているので、各種の有用成分に分離され、各分野の合成化学原料として利用される。一方、コークス製造業において操業中に生成したタールは、炉枠や、炉枠を押圧する炉蓋ナイフエッジの内面下部などに付着して凝固する。これにより、炉蓋のシール性が阻害され、炉枠と炉蓋ナイフエッジとの間に隙間が形成される。

上記の隙間が形成されると、隙間からコークス炉ガスが漏れ出て炉蓋金物近傍で酸化発熱する。これによって炉蓋金物が変形し、さらなるコークス炉ガス洩れを引き起こすことになる。そのため、炉枠等に付着したタールをクリーナー等で除去する作業が一般的に実施されているが、タールの成長を効率的に抑制する方法が必要である。

例えば特許文献１では、コークス炉の炉蓋とタールとの濡れ性を悪化させ、タールの付着抑制を図る方法が開示されている。この方法では、従来、炉蓋に使用されていたレンガ等の耐火材の表面がざらついているため、タール等が付着しやすかったことに着目し、耐火材表面を、表面が滑らかな金属板で覆うことによってタール等の付着を防止する。
また、特許文献２では、炉蓋の温度を上昇させ、タールの付着抑制を図る方法が開示されている。具体的には、炉蓋にガス流通耐熱ボックスを設け、ガス流通耐熱ボックス内がタールの燃焼分解温度に到達した後、タールを燃焼させるのに必要な量の空気をガス流通耐熱ボックスに吹き込むことによって炉蓋を加熱し、タールの付着を抑制する。

特開平１１−８０７３８号公報 特開２００５−９７５００号公報

特許文献１記載の方法では、ナイフエッジ近傍のタール付着は抑制できるが、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用すると、炉蓋密閉性の悪化が顕著となる。本発明者らは、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用した場合、窯口近傍の付着タールがコークス押し出し時の外力によって炉蓋近傍に掃き寄せられ、石炭中の微粉を巻き込みながら塊状のタール混合物となって炉蓋近傍に集積して堆積する現象が極めて顕著になるという知見を得ている。因って、特許文献１記載の方法では、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用した場合、炉蓋密閉性を確保することができない。
特許文献２記載の方法も特許文献１記載の方法と同様の課題を有している。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用しても炉蓋密閉性を維持することが可能なコークスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、揮発分が２７質量％以上である配合石炭を使用してコークスを製造する方法であって、
フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃以上とした後に、コークスを炭化室から押し出すことを特徴としている。
なお、燃焼室は複数の小燃焼室から構成されており、この小燃焼室を「フリュー」と呼ぶ。

本発明者らは、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用した場合、窯口近傍の付着タールが、コークス押し出し時の外力によって炉蓋近傍に掃き寄せられ、石炭中の微粉を巻き込みながら塊状のタール混合物となって炉蓋近傍に堆積し、炉蓋の密閉性が阻害されることを発見した。

上記知見に基づき、さらに検討を進めたところ、フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃以上とした後に、コークスを炭化室から押し出した場合、塊状のタール混合物が炉蓋近傍に掃き寄せられて堆積する量よりもタール焼失速度のほうが勝る（塊状のタール混合物が酸化消失する）傾向が強いことが判明した。

また、本発明に係るコークスの製造方法では、配合石炭の水分値を５質量％以下とすることを好適とする。

シールプレートは、ナイフエッジの基部に設けられている金物で、炉蓋閉時は炭化室（窯口）側の金物に近接する。このため、シールプレートが変形すると、炉蓋密閉性が悪化する原因となる。配合石炭の水分値が５質量％超の場合、押し出し時間中でのタール燃焼による総発熱量が多く、シールプレートの温度上昇が顕著となり、シールプレートの変形が進む。

本発明に係るコークスの製造方法によれば、塊状のタール混合物が炉蓋近傍に掃き寄せられて堆積する量よりタール焼失速度のほうが勝るので、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用しても炉蓋密閉性を維持することができる。

コークス炉炭化室の炉蓋を水平方向に切断した模式図である。 タール濃度が飽和したガスがコークス炉炭化室内において、どの方向に流れるか示した模式図である。

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。

コークス炉炭化室の窯口２１を開閉する炉蓋１０を図１に示す。
炉蓋１０は、窯口２１を塞ぐ炉蓋本体１３と、炉枠１１から前方に突出する一対の閂受け１８に両端部を支持され、炉蓋本体１３を保持する閂１９から概略構成されている。
炉蓋本体１３は、窯口２１内に挿入される炉蓋煉瓦１６と、炉蓋煉瓦１６と閂１９間に配置され、炉蓋本体１３を窯口２１側に押圧するスプリング装置１７と、炉蓋本体１３と炉枠１１との間を密閉するナイフエッジ１４及びシールプレート１５とを備えている。

炭化室に装入した石炭をコークスへ乾留する過程において発生するガスは、主として、乾留中に体積減少したコークスと炉壁の間を通過し、炭化室に接続している上昇管２２を経由して回収される（図２参照）。炉蓋１０近傍で発生したガスは、炉蓋１０や炉蓋１０付近の炭化室炉壁と接触するルートを経由して上昇管２２に達する。その際、炉蓋１０の密閉性が悪い場合、密閉性の悪い箇所からガスが系外へ流出する。

上昇管２２に到達するまでの間、圧損の多寡に応じてガスの経路が決定されるが、ガスの発生量が増加すると、炭化室の炉蓋近傍を通過するガス量が増加する。これは炉蓋近傍のタール付着量の増加を意味する。

揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用すると、タール濃度が飽和したガスの発生量が増大し、炉蓋近傍の炉壁のタール付着量が従来（例えば揮発分が２６質量％以下の配合石炭使用時）に比べて顕著に増加する。

本発明者らが、揮発分が２７質量％以上の配合石炭を用いた際の操業状況を観察したところ、窯口近傍の付着タールが、コークス押し出し時の外力によって炉蓋近傍に掃き寄せられ、炭化室内の微粉コークスや炭化室内で削り取られたカーボン屑を巻き込みながら、塊状のタール混合物となり、炉蓋の密閉性を阻害することを発見した。このことから、揮発分が２７質量％以上の配合石炭をコークス製造に使用する場合、炉蓋近傍に掃き寄せられて堆積する塊状のタール混合物に対処することが、炉蓋密閉性を向上するうえで重要となる。

本発明の一実施の形態に係るコークスの製造方法では、揮発分が２７質量％以上である配合石炭を使用してコークスを製造する際、フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃以上とした後に、コークスを炭化室から押し出す。
フリュー温度を高位維持して５００℃以上とすることにより炉蓋１０を含む窯口近傍を５００℃以上とすることができる。

本発明者らは、フリュー温度を調整して炉蓋温度が５００℃以上であるケースと５００℃未満であるケースについて比較した。配合石炭の水分値は７質量％一定とした。
その結果、通常の押し出し時間（通常３分〜５分。長い場合は１０分程度の場合あり。）を前提とすると、炉蓋温度が５００℃以上であれば、塊状のタール混合物が炉蓋近傍に掃き寄せられる量よりもタール焼失速度が勝る傾向が強いことが判明した。
なお、炭化室からコークスを押し出している時間を押し出し時間と呼び、この間、炭化室に接していた炉蓋部分が大気に曝露される。

一方、炉蓋温度が５００℃未満の場合は、塊状のタール混合物が炉蓋近傍に掃き寄せられて堆積する傾向が強く、炉蓋密閉性の改善ができず、操業回数の増加と共に悪化する傾向が見られた。

また、炉蓋内部を加熱することにより炉蓋温度を５００℃以上とする方法も比較のために実施した（炉蓋のみが５００℃以上、フリューは４００℃程度まで降温）ところ、炉蓋近傍の炉壁の温度が低いため、塊状のタール混合物が酸化消失する効果が低く、塊状のタール混合物が炉蓋近傍に掃き寄せられて堆積する傾向が見られた。

なお、炉蓋温度は、炉蓋と炭化室炉壁が対向して近接する部分の炉蓋側の耐火物部分（炉蓋煉瓦１６）で測定すると良い。これは、コークス押し出し時に炉蓋を開放するため、押出機側に設けた放射温度計で開放直後の炉蓋温度の測定が可能なことによる。

配合石炭の水分値については、５質量％以下とすることが好ましい。
配合石炭の水分値が５質量％を超えると、押し出し時間中でのタール燃焼による総発熱量が多くなり、シールプレート１５の温度上昇が顕著となってシールプレート１５の変形が進む。

配合石炭の水分値が５質量％のケースと７質量％のケースについて比較したところ、水分値７質量％より５質量％操業のほうがシールプレート１５の変形が進んでおらず、シールプレート１５の取替頻度を少なくすることができた。

本発明者らの観察結果によれば、炉蓋温度が５００℃の場合、配合石炭の水分値が５質量％のケースに比べて、配合石炭の水分値が７質量％のケースでは、炉蓋取り外し直後のタール付着量が顕著であった。これは、配合石炭の水分値が５質量％のケースでは、水蒸気とタールの混合ガスの発生量が少なく、窯口近傍に到達するタール量が少ないが、配合石炭の水分値が７質量％のケースでは、水蒸気とタールの混合ガスの発生量が多く、窯口近傍に到達するタール量が多いことに起因すると考えられる。

しかしながら、配合石炭の水分値が５質量％、７質量％いずれのケースも、炉蓋を窯口へ再装着する直前のタール付着量に変化は認められなかった。これは、配合石炭の水分値が７質量％時のほうが、押し出し時間中でのタール燃焼総量が多いことによると考えられる。

以上、本発明の一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。

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。
試験結果の一覧を表１に示す。なお、ガス漏れの有無は目視観察によった。ガスはタールを含むため有色であり目視観察が可能である。

試験結果の総合評価に当たっては、ガス漏れが有る場合×（不可）、ガス漏れが無い場合○（良）、ガス漏れが無くシールプレート取替頻度が従来例より少ない場合◎（優）とした。

同表より以下のことがわかる。
・フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃にすると、ガス漏れが無くなる。
・フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃とし、配合石炭の水分値を５質量％にすると、シールプレート取替頻度が従来例に比べて減少する。
・フリュー温度を調整して炉蓋温度を４５０℃にすると、ガス漏れが発生する。

１０：炉蓋、１１：炉枠、１３：炉蓋本体、１４：ナイフエッジ、１５：シールプレート、１６：炉蓋煉瓦、１７：スプリング装置、１８：閂受け、１９：閂、２１：窯口、２２：上昇管

Claims (2)

1. 揮発分が２７質量％以上である配合石炭を使用してコークスを製造する方法であって、
   フリュー温度を調整して炉蓋温度を５００℃以上とした後に、コークスを炭化室から押し出すことを特徴とするコークスの製造方法。
2. 請求項１記載のコークスの製造方法において、配合石炭の水分値を５質量％以下とすることを特徴とするコークスの製造方法。

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