JP3141754B2

JP3141754B2 - コークス炉への装炭方法

Info

Publication number: JP3141754B2
Application number: JP07265434A
Authority: JP
Inventors: 秀行國政; 司近田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2015-10-13
Also published as: JPH09111242A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室炉式コークス炉
で石炭を乾留してコークスを製造する方法において、炭
化室の炉高方向における不均一乾留を改善し、乾留熱量
を低減できるコークス炉への装炭方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コークスを製造するに際しては、通常８
〜１０％の水分を含有する数種若しくは１０種ほどの原
料石炭を、所定の比率及び粒度に配合・粉砕調製した
後、これをコークス炉の炉上に設けられた石炭塔と称さ
れる貯炭槽までベルトコンベアで搬送してこの貯炭槽内
に一時貯留し、貯炭槽からはコークス炉１窯分に相当す
る原料石炭を秤量して装炭車に払い出す。

【０００３】装炭車は炉上を所定の窯まで走行し、コー
クス炉の炉上に開設された４〜５つの装炭孔より炭化室
内に積載した原料石炭全量を自重で装入する。炭化室内
に装入された原料石炭は、炭化室のレンガ壁を介して両
側に設けられた燃焼室からの間接加熱により、２４時間
前後の乾留で約１０００℃程度にまで焼成され、コーク
スとして炉外に排出される。この排出されたコークス
は、散水による湿式冷却もしくは不活性ガスによる乾式
冷却により消火され、高炉用コークスとして供される。

【０００４】ところで、新鋭のコークス炉はその効率化
を図るために大型化の方向に向かっているが、このよう
な大型コークス炉においては炉高が一般的には６ｍ以上
もあるので、高さ方向のコークス品質を一様に保つこと
が非常に困難である。その理由として燃焼制御の難しさ
等も挙げられるものの、最大の理由は原料石炭嵩密度が
炉高方向で大きく異なることである。

【０００５】すなわち、図８は実炉と同一寸法（炉高
７．１ｍ）の冷間模型炉に実炉原料石炭（水分含有率
９．０％）を装入し、その炉高方向における各位置の試
料をボーリング採取して、その嵩密度を測定した結果を
示したものであるが、原料石炭の嵩密度は炉下部では大
きく、上部に向かうに従って小さくなることが判る。こ
の様に嵩密度が炉高方向上下で異なる理由としては、嵩
密度が落下衝撃力に比例し、落下高さが高い程嵩密度が
向上する傾向にあること、及び原料石炭の自重の影響で
下部ほど嵩密度が向上し易いこと等が挙げられる。

【０００６】一方、嵩密度がコークスの品質に影響を及
ぼすことは明らかであり、その様子は例えば図９で示さ
れる。以上の関係より、コークス炉において一般的には
炉下部のコークス品質が良く、炉上部のコークス品質は
悪いことが理解できる。

【０００７】炉高方向のコークス品質がばらつくと、コ
ークスの平均品質の低下、あるいは乾留熱量の増大等を
招いて好ましくない。そこで、このような不都合を解決
する手段として、例えばひとつの装炭孔に対して高さ位
置が異なる２個のホッパーを装炭車に備えた、いわゆる
２段階装入を試みた例〔材料とプロセス，vol14 ，P110
2(1991) 〕がある。

【０００８】しかしながら、２段階装入の場合は確かに
上下の嵩密度分布を低減できる方法ではあるものの、石
炭塔からの原料石炭の払出し等を考えると、装炭車の構
造上ホッパーの高さを十分に高くすることは難しく、実
装置において２段あるいは多段装入の効果を十分に発揮
することは容易ではない。さらに、１段目と２段目の間
ではホッパー切り換え操作が必要であり、この切り換え
時に石炭粉の飛散、ガス漏れ等操業上好ましからざる事
態が発生し易いことも想定される。同時に従来法と比較
してホッパーの数が倍増することになり、経済性の面で
も十分とはいえない。

【０００９】そこで、２段階装入にあった問題に対し、
本出願人は、装炭車の原料炭ホッパーの内部を、仕切り
板によって縦方向に複数の小部屋に分割し、この原料炭
ホッパーの前記排出口部に付設した給炭機によって原料
炭ホッパー内の原料石炭を前記小部屋ごとに順次コーク
ス炉の炭化室に装入することにより、炉内における炉高
方向上下に、品質や水分量が違う原料石炭を明確に分離
し、装入することが可能な方法を特開平７−９７５７５
号で提案した。

【００１０】本出願人が特開平７−９７５７５号で提案
した方法は、炉下部に比べて炉上部に、相対的に品質の
優れた原料石炭、あるいは、相対的に水分量の少ない原
料石炭を装入することによって、炉高方向上下の品質差
を是正しようとしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原料石
炭の品位を炉高方向上下に変化させて装入する場合に
は、配合設備を２系列持つ必要があるので、設備的な負
担が増大するばかりか、炉上部に、炉下部に比べて品質
の優れた原料石炭を使用しなければならないので、原料
費の上昇につながるという問題がある。また、原料石炭
の水分を炉高方向上下に変化させて装入する場合でも、
石炭調湿設備を２系列持つ等の必要があるので、設備的
な負担は避けられない。

【００１２】本発明は、上記した従来の装炭方法にあっ
た問題点に鑑みてなされたものであり、原料費の上昇や
大幅な設備投資を行うことなく、炉高方向のコークス品
質を是正でき、しかも乾留熱量の低減も可能な装炭方法
を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために、鋭意検討を行った結果、水分を
含有する原料石炭を乾留する際、乾留効率を低下させて
いる原因が、乾留初期に石炭層内で発生する水蒸気の側
壁への流れにあり、その流れを高温の炉壁（少なくとも
１０００℃以上）方向から低温の炭化室上部空間（７５
０〜８５０℃）方向に変えることで、炉壁から炭中部へ
の伝熱効率が改善でき、原料石炭の品質や水分量を変化
することなく、コークス品質を良くすることができるこ
とに着目した。

【００１４】そこで、装炭車の原料炭ホッパー内を仕切
り板によって、縦方向に二分割し、その各区画に原料石
炭及び軟化溶融性を有しない石炭又はコークスを貯蔵
し、原料炭ホッパーの排出口部に付設した給炭機で原料
石炭を装入した後、その上部に軟化溶融性を有しない石
炭又はコークスを装入して乾留することにより、乾留初
期に発生する水蒸気の流れを、炭化室上部空間に導くこ
とができること、また、その発生する蒸気の流れを、炉
壁方向から炭化室上部空間に変更する割合は、上部の原
料石炭程大きいことを知見し、以下の本発明を成立させ
た。

【００１５】すなわち、本発明のコークス炉への装炭方
法は、１窯分の原料石炭を貯蔵する装炭車の原料炭ホッ
パー内を、その排出口が１列となるように、仕切り板に
よって縦方向の小区画に分割し、この原料炭ホッパーの
前記排出口部に付設した給炭機によって、原料炭ホッパ
ー内の原料石炭を、前記小区画ごとに順次コークス炉の
炭化室に装入する方法において、先に装入される小区画
には原料石炭を、後に装入される小区画には、軟化溶融
性を有しない石炭又はコークスを貯蔵し、前記原料石炭
を装入した後、その原料石炭の上部に軟化溶融性を有し
ない石炭又はコークスを装入することとしているのであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】先ず、実際のコークス炉における
水蒸気の流れ等を図面に基づいて説明する。通常の場
合、コークス炉に装入する原料石炭は、先に説明したよ
うに８〜１１％の水分を含んでいるが、この水分の乾留
過程における挙動は次のように考えることができる。

【００１７】すなわち、原料石炭が装入されたコークス
炉の横断面の一部を図４（ａ）に示すが、コークス炉１
は両側の炉壁１ａから間接加熱されているため、炉幅方
向の断面で乾留途中の状態を観察すれば、コークス炉１
の両側の炉壁１ａ，１ａから炭中に向かって、コークス
層２ｃ，軟化層２ｂ，石炭層２ａが形成されている。炉
上部についても、炉壁１ａからの加熱、上部空間３から
の輻射熱を受け、図４（ｂ）に示すように、コークス層
２ｃ，軟化層２ｂ，石炭層２ａが形成されている。つま
り、コークス炉１を幅方向に縦断面した図５に示すよう
に、石炭層２ａは軟化層２ｂに取り囲まれた形で存在
し、その外側にコークス層２ｃが形成されている。

【００１８】図６（ａ）（ｂ）は石炭層２ａからの水蒸
気の流れと、コークス炉内の温度分布を示す図であり、
石炭層２ａに含まれる水分は、図６（ａ）に示すよう
に、炭中部の石炭層２ａが１００℃に達しない間は、破
線で示すように、蒸発後炭中部に凝縮し、凝縮熱を与え
て炭中部の昇温を助長するが、炭中部が１００℃に達す
ると、石炭層２ａで蒸発した水分は蒸気圧を高めて炉壁
１ａ，１ａへの膨張圧として作用する一方、軟化層２ｂ
の通気抵抗を突き破るまでに圧力が上昇した時点で、図
６（ｂ）に破線で示すように、軟化層２ｂを突き破って
炉壁１ａ，１ａ側へ流れ出る。

【００１９】つまり、全体の水蒸気の流れは、図５に示
すように、高温のコークス層２ｃ及び炉壁１ａ，１ａと
熱交換しながら、炉の上部へと炉壁１ａ，１ａに沿って
流れる。このため、炉壁１ａ，１ａからの熱流量は低下
し、コークス炉の乾留熱量は当然悪くなる。このよう
に、水分を含む原料石炭２を室炉式コークス炉で乾留す
れば、必然的に乾留効率の悪化を伴う。さらに、水蒸気
を含むガス圧によって炉壁１ａ，１ａへの膨張圧が加わ
り、炉体への影響も好ましくないと推定される。

【００２０】本発明は、上記したように、水蒸気の流れ
が生成する原因は、石炭が軟化溶融してできた軟化層の
通気抵抗が、石炭層，コークス層に比べて格段に大きい
ことに着目して成されたものであり、図１に示すよう
に、１窯分の原料石炭を貯蔵する装炭車の原料炭ホッパ
ー３内を、その排出口３ａが１列となるように、仕切り
板４によって縦方向の小区画３ｂ，３ｃに分割し、この
原料炭ホッパー３の前記排出口３ａ部に付設した給炭機
５によって、原料炭ホッパー３内の原料石炭を、前記小
区画３ｂ，３ｃごとに順次コークス炉の炭化室に装入す
る方法において、先に装入される小区画３ｂには原料石
炭６を、後に装入される小区画３ｃには、軟化溶融性を
有しない石炭又はコークス７を貯蔵し、水分を含んだ原
料石炭６を装入した後、その上部に軟化溶融性を有しな
い石炭又はコークス７を、少なくとも１０ｃｍ以上の厚
みで装入して乾留することにより、炉上部の軟化層形成
を阻止し、乾留初期に発生する水蒸気の流れを炭化室の
上部空間方向に導くことで、炉体の保全効果を発揮しな
がら、乾留の促進とコークス品質の向上を図るものであ
る。また、上部空間に近い上方まで石炭層であるほど上
部空間までの抵抗が小さいので、この時の水蒸気の流れ
が、炉壁方向から上部空間方向に変換する割合は大きく
なる。

【００２１】図７は本発明方法における乾留途中の水蒸
気の流れを示す模式図であり、原料石炭２の上部に軟化
溶融性を有しない石炭又はコークス２ｄを装入すること
によって、上部に軟化層２ｂを形成させないことによ
り、矢印で示すように、水蒸気の流れが上部空間に向か
う。

【００２２】水分を含んだ原料石炭の上部に装入するも
のとしては、石炭の乾留に影響を及ぼさないものであれ
ばその材質は問わないが、軟化溶融性を有しない石炭又
はコークスが好適である。ここで、軟化溶融性を有しな
い石炭とは、一般的には非粘結炭がこれに相当する。ま
た、装入するコークスの品質は問わないが、下部石炭層
からのガス流れを均質化し、窯内全体の均一乾留を十分
に達成するためには、粒度は２５ｍｍ以下が好ましい。

【００２３】水分を含んだ原料石炭の上部に装入する、
軟化溶融性を有しない石炭又はコークスの装入厚みにつ
いては、炉体構造によっても異なるが、１０ｃｍ程度と
するのが好ましい。これは、原料石炭の水分が脱水して
いる期間、換言すれば、ほぼ軟化層が炉幅方向中央部で
合体する前までの期間に、上部に軟化溶融層が形成され
なければよいからであり、脱水が終了するまでの間に軟
化層が進行する距離は、炉幅の１／２以下であり、上部
軟化層の進行距離は通常これより少ないことによる。

【００２４】なお、厚みが１０ｃｍを超えることは、上
部に軟化層を形成させない点からは一向に差し支えない
が、軟化溶融性を有しない石炭又はコークスを装入した
部分は高炉用コークスとしての回収率が低下することに
なるので、できるだけ１０ｃｍに近いことが望ましい。
しかし、もともと炉上部のコークスは、通常の乾留でも
コークス品質が低い部分であり、高炉用コークスとして
は使用されないので、本発明方法によって高炉用コーク
スの生産性が低下するおそれはない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明のコークス炉への装炭方法を図
２及び図３に基づいて説明する。図２は実施例１の原料
炭ホッパー内の構成を示す図、図３は実施例２の原料炭
ホッパー内の構成を示す図である。

【００２６】図２及び図３において、３は１窯分の原料
石炭を貯蔵する装炭車の原料炭ホッパーであり、その内
部は例えば仕切り板４によって大小異なる容量の２つの
部屋３ｂと３ｃに分割されている。そして、この２つの
部屋３ｂと３ｃの排出口３ａ部に給炭機５として、例え
ばスクリューフィーダ５’を付設している。

【００２７】本発明方法は、上記したような構成の装炭
車を用いて実施するものであり、次にその方法及び結果
を実施例に基づいて説明する。〔実施例１〕図２に示すように、表１に示す水分８．５
％の原料石炭６を小区画３ｂに、また粒径が３ｍｍ以下
の粉コークス７’を前記装炭車の小区画３ｃに、それぞ
れ別々に貯蔵する。そして、スクリューフィーダ５’を
用いて炭化室内に、小区画３ｂ内の原料石炭６を装入し
た後、その上部に小区画３ｃ内の粉コークス７’を１０
０ｍｍの厚さ装入し、平均フリュー温度１２００℃で２
２時間乾留を行った。そして、２番装入口より炉幅の中
心で、炉底から２，４，６ｍの位置に設置した熱電対で
コークス温度が９００℃になるまでの時間を測定した。
また、１，３，４番装入口より炉底から２，４，６ｍの
位置に鉄製の枠を吊り下げ、コークスケーキ押し出し
後、ワーフより枠中のコークスを回収し、ドラム強度の
測定を行った。

【００２８】

【表１】（注）揮発分と灰分はドライベースである。

【００２９】〔実施例２〕次に、実施例１の粉コークス
７’に代えて、図３に示すように、表２に示す非粘結炭
７”を装炭車の小区画３ｃに貯蔵し、実施例１と同様の
試験を行った。

【００３０】

【表２】（注）揮発分と灰分はドライベースである。

【００３１】上記した実施例１と実施例２の試験結果を
下記表３に示す。なお、比較として、実施例１の原料石
炭６を装炭車の原料炭ホッパーに全て貯蔵した後、スク
リューフィーダ５’を用いて炭化室内に装入し、実施例
１と同様の試験を行った場合の結果を、併せて表３に示
した。

【００３２】

【表３】

【００３３】表３に示す結果から、本実施例によれば、
炭中部が９００℃に到達する時間のばらつきが減少し、
コークス強度においても、強度が向上するとともに、そ
のばらつきも減少していることが明らかである。すなわ
ち、本発明方法はコークス品質の向上並びに安定化にも
有効であることが判る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、大幅な設備投資を必要とすることなく、乾留の効率
化と炉体延命を両立させながら、コークス品質の安定向
上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置構成の一例を
示す図である。

【図２】実施例１の原料炭ホッパー内の構成を示す図で
ある。

【図３】実施例２の原料炭ホッパー内の構成を示す図で
ある。

【図４】コークス炉内の炉幅方向における乾留途中の石
炭層，軟化層，コークス層の分布を模式的に示す図で、
（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図５】コークス炉の炉幅方向に於ける縦断面図であ
る。

【図６】従来の装炭方法を適用した場合の乾留時におけ
る、石炭層から発生する水蒸気の流れと温度分布を示す
図で、（ａ）は炭中部の石炭層が１００℃に達しない場
合、（ｂ）は１００℃に達して、石炭層で蒸発した水分
が軟化層を突き破った場合を示す。

【図７】本発明を実施した例におけるコークス炉内の水
蒸気流れを示す模式図である。

【図８】炉高方向位置と嵩密度の関係を示す図である。

【図９】嵩密度とコークス品質との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

３原料炭ホッパー３ａ排出口３ｂ小区画３ｃ小区画４仕切り板５給炭機６原料石炭７軟化溶融性を有しない石炭又はコークス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−23479（ＪＰ，Ａ) 特開平７−97575（ＪＰ，Ａ) 特開平８−127778（ＪＰ，Ａ) 特開平７−300590（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10B 31/04 C10B 57/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１窯分の原料石炭を貯蔵する装炭車の原
料炭ホッパー内を、その排出口が１列となるように、仕
切り板によって縦方向の小区画に分割し、この原料炭ホ
ッパーの前記排出口部に付設した給炭機によって、原料
炭ホッパー内の原料石炭を、前記小区画ごとに順次コー
クス炉の炭化室に装入する方法において、先に装入され
る小区画には原料石炭を、後に装入される小区画には、
軟化溶融性を有しない石炭又はコークスを貯蔵し、前記
原料石炭を装入した後、その原料石炭の上部に軟化溶融
性を有しない石炭又はコークスを装入することを特徴と
するコークス炉への装炭方法。