JP4239790B2

JP4239790B2 - コークス炉の操業方法

Info

Publication number: JP4239790B2
Application number: JP2003370070A
Authority: JP
Inventors: 道雄本間
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005132946A

Description

本発明は、コークス炉の操業方法に係わり、詳しくは、コークス炉炭化室からのコークスの押し出し作業を円滑にする技術に関する。

コークス炉は、原料である配合石炭（以下、配合炭という）を充填、乾留してコークスにする炭化室と、該配合炭を間接加熱するために設けられ、燃料ガスを燃焼して高温を発する燃焼室とを交互に多数配列した構造である。なお、炭化室は、高さ約６〜７ｍ、奥行き１５〜１６ｍ、幅０．４〜０．５ｍの長方形の空洞であり、乾留の終了後に製造されたケーキ状のコークス（以下、コークスケーキという）を炉外に押し出し易くするために、その幅は、コークスケーキが排出される側の方がコークス押出機（以下、単に押出機という）を設置する側より僅かに広くなっている。

このような炭化室と燃焼室とは隔壁で仕切られているが、該隔壁は、一般に珪石質耐火煉瓦を積んで形成されている。この珪石質耐火煉瓦は、粉砕した珪石質原料を水で混和した後に型枠に入れ、乾燥後に脱枠し、１２００℃前後で焼成して製造されたものである。また、この珪石質耐火煉瓦は、煉瓦積み施工の後、炭化室を均一な温度で乾燥して煉瓦の応力を除去してから使用されることになる。さらに、該珪石質耐火煉瓦は、断熱性を高めるため、気孔率が大きくなるように製造されているので、その構造は粒子間接触になっている。従って、コークス炉の操業開始当初には平滑であった煉瓦壁の表面は、操業時に、装入された石炭及びコークスとの摩擦、並びに頻繁な加熱と冷却との繰り返しを受けて、剥離や割れ等が生じ、しだいに荒れてくる。その結果、この荒れた面は、押し出しに際してコークスケーキとの摩擦抵抗が高まるばかりでなく、該荒れた面には、石炭の粉、燃焼により生じたカーボン及びそれらの灰分が付着し、円滑なコークス炉の操業を実施する上で問題となる。

そのコークス炉の操業は、以下のように行われる。まず、前記配合炭を炭化室の天井側に配置されている装入口から装入車で間欠的に室内に供給し、前記押出機が付帯するレベラーで均一な高さに調整する。そして、この配合炭層を、燃焼室内で燃焼するガスの燃焼熱により加熱された隔壁を介して加熱し、乾留を行う。乾留終了後は、炭化室の両端にあるドアが開放され、赤熱状態にあるコークスを前記押出機によって排出側に押し出すと共に、さらに消火装置にて消火冷却して製品コークスとする。この場合、製造するコークス強度を高める目的で、装入前の配合炭を乾燥（例えば、通常８〜１２％の水分を５〜６％付近になるまで乾燥する）させ、炭化室に装入する配合炭の嵩密度を高めることも行われている。

ところで、このような炭化室内での配合炭のコークス化過程では、つまり乾留中には、配合炭が含有する夕一ル質がガス化されると共に、炭化室の耐火煉瓦は過酷な高温条件に晒される。従って、前記したように、耐火煉瓦からなる壁面の平滑さが失われ、乾留中に生じた配合炭からのカーボンが該耐火煉瓦の表面に固着し、さらに凹凸の著しい表面となる。そのため、該固着カーボンにより炭化室の幅が狭くなり、製造したコークスを押し出す際には、壁面とコークスとの摩擦抵抗が大きくなって押出機への負荷が増加し、コークス炉の操業を行う上で大きな問題となるのである。つまり、コークスの炭化室外への押し出しが不調になると、作業時間が延長し、生産性が低下するばかりでなく、場合によっては、人力でのコークスの掻き出しが必要となり、作業者に危険な高熱作業を強いるという事態になる。また、無理な押し出しにより、前記隔壁として積まれた煉瓦と煉瓦との隙間を埋めている目地と称する部分が損傷し、該隙間を通じて、石炭の乾留で発生した生ガスが炭化室より燃焼室に流入して不完全燃焼が起き、煙突から黒煙を排出する原因となる。つまり、環境衛生上の不都合な問題も生じる。

そこで、炭化室の隔壁を形成する耐火煉瓦へのカーボン付着を防止するため、該耐火煉瓦の表面に保護材を塗布して熱処理する方法（特許文献１参照）とか、素地の状態で表面に保護材を塗布して耐火煉瓦を製造し、使用する方法（特許文献２参照）が開示されている。また、本出願人も、先に、特定成分のシリカ純度が高く、高強度の平滑な表面層を形成可能な高温耐火材を提案している（特許文献３参照）。この高温耐火材は、ケイ酸ナトリウム、棚酸ナトリウム及び有機シリコーン化合物を水で溶解したものであり、適切な粘度にした状態で吹き付け施工するものである。具体的には、高温（例えば、５００〜１２００℃）に加熱した炭化室の耐火煉瓦壁面に、スプレーノズルを介して該高温耐火材を搬送ガスで吹き付け塗布した後、その塗布面を加熱することにより、ガラス面のように平滑で、亀裂もなく、機械的強度も優れたシリカ純度の高い表面層を形成するものである。さらに、炭化室の耐火煉瓦に表面保護材を塗布する装置も開示されている。この塗布装置は、炭化室のコークス押出機側に設けられ、炉外から炭化室の長手方向に向かい前後進する移動台車と、この移動台車に後端部に取り付けられて、前記炭化室の下部で長手方向に向かって一端から他端まで水平に進退自在に設けられた水平ランスと、この水平ランスの先端部で炭化室の高さ方向に立設された直立ランスと、この直立ランスの高さ方向に沿って炭化室の壁面に対向するように多段に配設された耐火材塗布用スプレーノズルとを備えたものである（特許文献４参照）。

以上述べた従来技術はすべて、炭化室隔壁面のコークス押出性（押し出し易くする）の対策であるが、一方、底面もコークスの押し出しに影響するので、底面についても同様の配慮が必要である。そのため、本出願人は、先に該底面の平滑性を維持する技術を提案している。それは、炭化室の底面上に、グラファイト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ，ＳｉＯ₂等の耐火材料を薄く均等に散布してから配合炭を装入、乾留することで、製造されたコークスの押し出し時に、該コークスと底面との摩擦抵抗を小さくし、コークスを押し出し易くするようにしたコークス炉の操業方法である（特許文献５参照）。この技術は、室底に撒かれたグラファイト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ，ＳｉＯ₂等の耐火材料を炭化室底の滑り材とし、コークス押出機の負荷軽減を図るものである。

しかしながら、このような底面の平滑性を維持する技術を実施するには、コークス押出機の負荷軽減のために特殊な耐火材料を使用するので、新たな材料費の追加が必要になる。しかも、炭化室は数多くあって、その特殊な耐火材料の使用量はかなりの量になるので、この技術のそのままの利用は、大きな製造コストの増加を招き、経済的に得策でない。
特開昭５９−１７４５８５号公報特開昭６３−２３６７８３号公報特開平８−１１９７７号公報特開平９−１２５０６８号公報特開平８−１２０２７８号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、コークスの炭化室からの円滑な押し出しが従来より安価にできるコークス炉の操業方法を提案することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、コークス炉の炭化室に充填した配合炭を、隔壁を介して燃焼室の熱で加熱、乾留した後、赤熱状態にあるコークスを押出機で炭化室外に押し出すコークス炉の操業方法において、前記炭化室へ配合炭を装入するに先立ち、該炭化室の底煉瓦面上に粒径３０ｍｍ以下の細粒コークスを供給して、該細粒コークスにより厚み５０ｍｍ以上の被覆層を形成するに際し、コークスの押し出しが完了した段階で、コークス押出機の押出ラムの先端に、前記細粒コークスの貯蔵用ホッパを取り付け、そこに貯蔵した細粒コークスを、前記押出ラムの前後進を行いながら、炭化室の底煉瓦面上へ散布した後、該細粒コークスで形成した被覆層の上に前記配合炭を充填することを特徴とするコークス炉の操業方法である。

本発明では、コークス炉の炭化室へ配合炭を装入するに先立ち、該炭化室の底煉瓦面上に粒径３０ｍｍ以下の細粒コークスを供給して、該細粒コークスにより厚み５０ｍｍ以上の被覆層（コークス層ともいう）を形成し、該被覆層の上に前記配合炭を充填してから乾留するようにしたので、配合炭の乾留で形成した赤熱状態にあるコークスケーキを押し出す際に、該コークスケーキと底煉瓦面との摩擦抵抗が小さくなり、円滑なコークスケーキの押し出しができるようになる。また、前記粒径３０ｍｍ以下の細粒コークスとして、高炉コークスの篩下を利用するので、従来のグラファイト、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＢＮ，ＳｉＯ_２等の高価な耐火材料を利用するに比べて、安価にコークス炉操業ができる。また、該細粒コークスにより厚み５０ｍｍ以上の被覆層を形成するに際し、コークスの押し出しが完了した段階で、コークス押出機の押出ラムの先端に、前記細粒コークスの貯蔵用ホッパを取り付け、そこに貯蔵した細粒コークスを、前記押出ラムの前後進を行いながら、炭化室の底煉瓦面上へ散布するので、その結果、コークスケーキの炭化室外への押し出し不調に起因した生産性の低下ばかりでなく、作業者の危険な高熱作業という負荷が従来より格段と減少する。また、目地損傷に起因する炭化室より燃焼室への生ガスの流入が防止でき、煙突から黒煙を排出するという環境衛生上の不都合な問題も解消する。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明を実施する最良の形態を説明する。

一般に、コークス炉の炭化室内で１７〜２４時間かけて配合炭を乾留して製造したコークスケーキは、炭化室の両端を開放した状態で室外に排出される。つまり、押出機設置側（マシーンサイド）及び押し出したコークスケーキを後述の消火車へ導くコークスガイド車側（コークスサイド）にセットしてあるドアを取外し、押出機のピニオンを回転させてラックを介して押出ラムを前進させ、コークスガイド車を介して消火車に排出される。

本発明に係るコークス炉の操業方法は、コークスケーキの排出で空になり、まだ１０００〜１２００℃の高温が維持されている炭化室の底煉瓦面に、隔壁に塗布した表面保護材が落下し、付着しないようにすることに着眼したものであり、前記特許文献５で「底煉瓦面に撒き、滑り材として１５００℃より高い融点を有するグラファイト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ，ＳｉＯ₂等の高価な耐火材料」としていた技術の改良である。

まず、発明者は、これらの耐火材料に代わる安価な物質の発見に鋭意努力した。その結果、コークス炉の製造対象と同じ物質になるが、粒径の比較的小さなコークスが良いと考えた。それは、すでに炭化室内で高温の熱履歴を一度受けており、十分な耐熱性能を有しており、使用に当たっての問題は無いからである。しかも、製鉄業においては、高炉内の通気性維持のために比較的大粒のコークスが使用され、細粒のコークスを高炉装入不適として篩い分けで除外している事情がある。すなわち、３０ｍｍ目の篩を使用し、３０ｍｍ以上を高炉装入用とし、３０ｍｍ目を通過した篩下の所謂「細粒コークス」を本発明で使用する。そして、この細粒コークスは、粒径が３０ｍｍ以下であり、この粒径であれば、コークス押出機による炭化室内からコークスを押出す際の滑り材としての機能を果たし、問題は無いと判断し、このような細粒コークスを炭化室の床敷材として利用することにして本発明を完成させたのである。つまり、本発明では、図１に示すように、コークス炉炭化室１にコークス製造用の前記配合炭を装入する作業に先立ち、予め前記炭化室１の底煉瓦面２上に３０ｍｍ以下の細粒コークスを供給し、該底煉瓦面２を厚み５０ｍｍ以上の細粒コークス３の層で被覆した状態としてから、前記配合炭を装入、充填するようにした。そして、乾留して得られたコークスケーキを赤熱状態で押し出す際に、該コークスケーキの自重及びその移動によって前記細粒コークス３の層に圧力をかけ、該被覆層４を形成する細粒コークス３の一部あるいは大半を、製造した赤熱状態のコークスケーキと共に押し出すのである。つまり、細粒コークス３の粒子は、製造されたコークスケーキのものに比べて粒径が小さいため、転動し易く、表面が崩壊しながら押し出され、滑り効果を発揮するのである。

本発明では、前記細粒コークス３の粒度を３０ｍｍ以下としたが、その理由は、３０ｍｍ以上では前記転動があまり起きず、滑り効果が低いからである。好ましい範囲は、１０〜３０ｍｍである。しかしながら、本発明では、その下限を特に定めず、１０ｍｍ以下の混在も許容できる。崩壊したコークス粒子は、炭化室１の底煉瓦面２に存在する凹凸（図示せず）に入り込み、孔・クラックを適当に埋め、コークス押し出し抵抗を一層和らげる効果を発揮するからである。

また、本発明では、炭化室の底煉瓦面を被覆する上記細粒コークスの層厚を５０ｍｍ以上とする。５０ｍｍ未満では被覆層４が薄すぎ、製造されたコークスケーキと該底煉瓦面２が直接接触する部分が発生して、局部的に押出し抵抗を増加させることがあり、好ましくないからである。なお、細粒コークスの層の厚みの上限は、その上に充填するコークス製造用配合炭の装入量との関係で制約される。その厚みを厚くし過ぎると、充填する配合炭の量が減り、製造されるコークスケーキの厚みも薄くなり、高炉装入用コークスとしての生産量が減るばかりでなく、篩い分ける際に、細粒コークスが多くなって篩装置の負荷が増加するという問題が生じるからである。現実的な観点からは、細粒コークスからなる被覆層４の厚みは、１００ｍ未満にするのが良い。

次に、本発明を具体的に実施するには、炭化室１の底煉瓦面２上に、被覆に利用する細粒コークス３を供給しなければならない。その供給方法の一つとしては、作業者の人力に頼る方法がある。すなわち、作業者が炭化室の前記マシーンサイド及び前記コークスサイドから底煉瓦面に細粒コークスをスコップ等を用いて投入し、その後、スコップ等では投入できない炉中央部に、コークスの押出機を用い、その押出ラムの空押しで投入されてある細粒コークスを底煉瓦面上に展延し、敷き詰める方法である。しかしながら、この方法は、作業性が悪く、非能率である。

そこで、本出願人が先に開発した図３に示すような方法を利用するのが良い。その方法は、まず、配合炭を乾留し、得られたコークスケーキの押し出しが完了した段階で、コークス押出機６の押出ラム７の先端に、細粒コークス３の貯蔵用ホッパ８を取り付ける。この取り付けは、例えば、該貯蔵用ホッパ８の側面に固定した側面板９を押出ラム７の先端下部にボルト１０等を用いて着脱自在にする。このようにすると、細粒コークス３は、前記押出ラム７の前後進を行いながら、貯蔵用ホッパ８の下部出口を開放した自然落下式のコークス供給口１１を経て、炭化室１の底煉瓦面２上へ散布される。これにより、自動的に細粒コークス３の層厚は均一になる。なお、コークス供給口１１には、細粒コークス３の切り出し量を調整したり、切り出しの停止をする流量調整用ダンパ（図示せず）を設けても良い。

また、図３に示すように、貯蔵用ホッパ８の下部出口（コークス供給口１１）にロータリ・フイーダ１２を配設し、該貯蔵用ホッパ内に貯留した細粒コークスの切り出し量を該ロータリ・フイーダ１２の回転数をコントロールして調整しても良い。この場合、コークスケーキを排出した炭化室１内は高温であるため、該貯蔵用ホッパ８を水冷構造としてロータリ・フイーダ１２の焼損を防止する必要がある。貯蔵用ホッパ８の水冷構造としては、該貯蔵用ホッパ８の外周面に、下側から上側に半割冷却管をスパイラル状に取り巻いて溶接し、半割冷却管の下端部に給水管を接続し、半割冷却管の上端部に排水管を接続するか、図３に示すように、貯蔵用ホッパ８を二重シェル構造として内部に仕切板（図示せず）を設けて水路を形成し、冷却水を下端部の給水管から供給し、上端部の排水管に導く構造としても良い。

製造した高温のコークスケーキが押し出され、操業が一旦終了したばかりの未だ高温状態にある空のコークス炉炭化室（長さ１０ｍ、高さ４．５ｍ、幅０．４５ｍ）に、図３に示した細粒コークスの散布装置を用いて本発明に係るコークス炉の操業方法を実施した。

まず、室外で前記押出機６の押出ラム７に前記散布装置を取り付け、その貯蔵用ホッパ８には、粒度３０ｍｍ以下の細粒コークス３を１００ｋｇ程度装入した。そして、押出ラム７を炭化室１の一端から内部へ挿入すると同時に、該貯蔵ホッパ８の下部にあるロータリ・フィーダ１２を介して、細粒コークス３を切り出しながら前記押出ラム７を他端へと移動させた。これにより、炭化室１の底煉瓦面２上には、７０ｍｍの厚みでほぼ均一な細粒コークス３からなる被覆層４が形成された。なお、細粒コークス３の使用量は、床面積７．２ｍ²に対して約６０ｋｇ、８．３ｋｇ／ｍ²に調整した。引き続き、この被覆層４の上に、配合炭を装入、充填し、燃焼室からの熱で加熱して、２０時間の乾留を行った。その乾留終了後、炭化室１のドアを開放し、前記散布装置を取り除いた押出機６を用い、室外にコークスケーキを押し出した。その結果、押し出し作業は、細粒コークス３の被覆層４を形成させない操業に比べ、格段と円滑に行えた。そこで、多くの他の炭化室でも本発明を実施したところ、コークスケーキの押し出し不調あるいは不能がほぼ皆無であった。この場合の押出ラムにかかる負荷を本発明の実施前と比較し、図２に示す。図２より、本発明により、コークスケーキと炭化室の底煉瓦面との間の摩擦抵抗が低減したことは明らかである。また、細粒コークスは、前記グラファイト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ，ＳｉＯ₂等の耐火材料に比べて、非常に安価なので、かかる本発明の実施で操業コストの上昇は僅かであった。

本発明に係るコークス炉の操業方法を説明する炭化室の横断面図である。コークスケーキの押し出し時に押出ラムにかかる負荷（電流値で評価）を、本発明の実施前と実施後で比較した図である。本出願人が先に開発した細粒コークスの散布装置を示す横断面図である。

符号の説明

１コークス炉の炭化室
２底煉瓦面
３細粒コークス
４被覆層
５配合炭
６コークス押出機
７押出ラム
８貯蔵ホッパ
９側面板
１０ボルト
１１コークス供給口
１２ロータリ・フィーダ

Claims

コークス炉の炭化室に充填した配合炭を、隔壁を介して燃焼室の熱で加熱、乾留した後、赤熱状態にあるコークスを押出機で炭化室外に押し出すコークス炉の操業方法において、
前記炭化室へ配合炭を装入するに先立ち、該炭化室の底煉瓦面上に粒径３０ｍｍ以下の細粒コークスを供給して、該細粒コークスにより厚み５０ｍｍ以上の被覆層を形成するに際し、コークスの押し出しが完了した段階で、コークス押出機の押出ラムの先端に、前記細粒コークスの貯蔵用ホッパを取り付け、そこに貯蔵した細粒コークスを、前記押出ラムの前後進を行いながら、炭化室の底煉瓦面上へ散布した後、該細粒コークスで形成した被覆層の上に前記配合炭を充填することを特徴とするコークス炉の操業方法。