JP4279973B2

JP4279973B2 - コークス炉の操業方法

Info

Publication number: JP4279973B2
Application number: JP2000079910A
Authority: JP
Inventors: 誠治野村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001262152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の操業方法に関し、特に安定したコークス押し出し性を維持するためのコークス炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄業における高炉用コークスの製造は、原料炭をコークス炉の炭化室に装入後、その炭化室に隣接する燃焼室によってその原料炭が乾留され、乾留終了後に得られたコークスケーキを炭化室から排出する（コークス押し出し）、という一連のプロセスで行われる。
このプロセスにおいて、原料炭を炭化室に装入してから乾留終了後のコークスケーキを炭化室から押し出すまでの時間を一般に「総炭化時間」とよび、コークスの生産性および生産計画を決める上で重要な操業管理指標とされている。
【０００３】
一方、原料炭をコークス炉炭化室に装入した時点からコークス炉の炭化室の炉幅方向中央部の原料炭の軟化溶融層が会合して消滅再固化する温度が約５５０℃になる（火落ち）時点までの時間を一般に「火落時間」とよび、火落ち時点からコークス押し出し時点までの時間（前記の総炭化時間と火落時間の差）を「置時間」とよび、コークス押出性を予測するための操業管理指標となっている。
通常、この置時間とコークス押出性の関係は、置時間が短いと押出性負荷が上昇し、押出性が悪化する傾向にあるため、コークス押出性を良好に維持するために置時間を一定時間以上に管理することはコークス炉の安定操業において極めて重要となる。
【０００４】
一般に火落時間については、装入する原料炭に含まれる水分や装入密度、コークス炉の炉温によって変化することが知られており、これらの因子が火落時間に及ぼす影響については経験的によく知られている。しかしながら、これらの影響を考慮しても火落時間のばらつきは大きく、時には火落時間が予測より数十分も長くなることがあるが、この火落時間のばらつきの原因については解明されていなかった。
コークス炉の通常操業においては、コークス炉の総炭化時間は、コークスの生産計画値より決められ、これに従ってコークス炉の窯出スケジュール（原料炭装入、乾留、コークス押し出し）が組まれるため、総炭化時間一定の条件下では、火落時間の変動は必然的に置時間の変動に繋がり、火落時間の増加は置時間の短縮の原因となる。
【０００５】
上述の通り、置時間とコークス押し出し性とは相関関係があり、置時間の減少は、コークスの押出性を悪化させる原因となるため、火落時間の変動により置時間が減少した場合には、炭化室からコークスケーキを排出（コークス押出）する際に、コークスが炭化室内で閉塞してコークス押出が困難となったり（押し止まり）、あるいはコークス押し出し不可能となる（押詰り）、という操業トラブルを生じさせる。
また、コークスの押し出し性が悪化すると、コークス炉の炉壁にかかる負荷が増大し、最悪の場合には過剰な負荷が炉壁に作用してコークス炉の炉壁損傷に至ることとなる。炉壁の損傷が一旦発生すると、さらに押出性を悪化させるため、炉寿命を縮めることとなり、最悪の場合には該炭化室が使用不可能となる場合すらある。
【０００６】
したがって、火落時間の変動を減少させることにより一定以上の置時間を確保し、コークスケーキの押出し性を安定的に良好に維持することは、コークス炉の安定操業において極めて重要な課題であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の問題点に鑑みて、本発明は、良好なコークス押出性を維持し、かつ省エネルギー・低コストでの生産を実現するために、火落時間および総炭化時間の予測値の変動を極力小さくすることのできるコークス炉の操業方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）コークス炉のコークス生産計画値によって総炭化時間を設定し、該総炭化時間に基づいて操業を行うコークス炉の操業方法において、予めコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭の水分、装入密度、および、炉温毎に、コークス押し出し抵抗と置き時間との関係を求めておくとともに、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び原料炭または配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係を求めておき、前記のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係に基づいてコークス押し出し抵抗が予め設定された許容値以下となるように置き時間を設定した後、該置き時間の設定値と前記総炭化時間の設定値から火落ち時間を設定し、該火落ち時間の設定値になるように前記の原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び前記の原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づいて、コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、及び原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量の内の少なくとも一方を調整することを特徴とするコークス押し出し性に優れたコークス炉の操業方法。
【０００９】
（２）コークス炉のコークス生産計画値によって総炭化時間を設定し、該総炭化時間に基づいて操業を行うコークス炉の操業方法において、予めコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭の水分、装入密度、および、炉温毎に、コークス押し出し抵抗と置き時間との関係を求めておくとともに、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び原料炭または配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係を求めておき、前記のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係に基づいてコークス押し出し抵抗が予め設定された許容値以下となるように置き時間を設定した後、前記の原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び前記の原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づいて、コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、及び原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量から火落ち時間を設定し、該火落ち時間の設定値と前記置き時間の設定値から総炭化時間を設定し、該総炭化時間の設定値になるようにコークス炉のコークス生産計画値を変更して前記総炭化時間を修正することを特徴とするコークス押し出し性に優れたコークス炉の操業方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明者らは、火落時間の変動に影響を及ぼす因子について鋭意検討した結果、コークス炉装入用原料炭への粘結剤添加量、および原料炭中の灰分含有量により火落時間が大きく変動することを見出した。
発明者らの実験によれば、コークス炉に装入する原料炭にタール等の粘結剤を添加した場合には、軟化溶融温度範囲が広がるとともに、軟化溶融領域での昇温速度が低下し、その結果、火落時間が長くなることが明らかとなった。粘結剤添加により軟化溶融領域での昇温速度が低下する理由については明確ではないが、粘結剤の解重合反応が吸熱反応であるためと考えられる。
【００１１】
また、発明者らの実験によれば、コークス炉に装入する原料炭中の灰分含有量が増加する場合にも火落時間が長くなることを明らかにした。原料炭中の灰分が多いと火落時間が長くなる理由については明確ではないが、石炭の熱分解反応が発熱反応であるのに対し灰分を加熱しても発熱せず、灰分が多いほど発熱量が小さいためと考えられる。
【００１２】
本発明は、以上の知見からなされたものであり、（１）予め求められたコークス炉に装入する原料炭のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係に基づき、コークス押し出し抵抗が予め設定された許容値以下となるように置き時間を設定することにより良好なコークス押し出し性を維持するとともに、（２）予め求められた、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び／または粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づき、ａ）コークス生産計画値により決まる総炭化時間及び上記（１）のコークス押し出し性から設定された置き時間から決定される火落ち時間となるようにコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量及び／または粘結剤の添加量を調整するか、または、ｂ）コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量及び／または粘結剤の添加量から設定される火落ち時間及び上記（１）のコークス押し出し性から設定された置き時間から決定される総炭化時間となるようにコークス生産計画値を修正することにより、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量及び／または粘結剤の添加量に起因した実火落ち時間の変動を減少することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭の乾留後のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係は、コークス炉に装入する原料炭の銘柄またはそれらの配合割合や水分、装入密度、炉温等によって変動するため、予めコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭毎に、例えば、図１に示されるような関係図を求めておくことが好ましい。
本発明において、上記（１）の置き時間の決定は、このようなコークス押し出し抵抗と置き時間との関係から、コークス押し出し性が良好であるコークス押し出し抵抗の所定許容値以下になる置き時間を求めることで実施される。コークス押出性が良好となるような押出電流はコークス炉の形式や大きさにより異なるので、それぞれのコークス炉で日常管理に用いられている押出電流の管理上限値を用いれば、コークス押し止まりやコークス押詰り等がなく、コークス押し出し性が良好であることが判っている。
【００１４】
また、本発明において、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、または粘結剤の添加量と火落ち時間との関係は、コークス炉に装入する配合炭の水分、装入密度や、炉温等によって変動するため、予めコークス炉に装入する配合炭の水分、装入密度や、炉温毎に、例えば、図２又は図３にそれぞれ示されるような関係図を求めておくことが好ましい。発明者らの検討によれば、例えば、コークス炉に装入する石炭に対して粘結剤を１％添加すると、火落時間が約５〜１０分増加した。また、原料炭中の灰分含有量が１％増加すると、火落時間が約１０〜２０分増加した。
【００１５】
本発明において、このような原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び／または粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づき、ａ）所望の火落ち時間（＝コークス生産計画値により決まる総炭化時間からコークス押し出し性から設定された置き時間を引いた値）になるようにコークス炉に装入する原料炭の銘柄またはそれらの配合割合を調整して灰分含有量を調整したり、あるいは粘結剤の添加量を調整したり、ｂ）原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、または粘結剤の添加量から火落ち時間を正確に予測し、この火落ち時間の予測値と所望の置き時間（コークス押し出し性から設定された置き時間）により決まる総炭化時間の予測値になるようにコークス生産計画値を修正することにより、従来に比べて実火落ち時間と予測値との変動を極力小さくすることができる。
【００１６】
本発明において、実火落ち時間と予測値との変動を極力小さくするための方法として、上記のａ）とｂ）の何れの方法も良好なコークス押し出し性を維持することが可能であるが、さらにコークス炉の生産性向上、エネルギーコスト低減、原料コストの低減等の操業条件の点から上記のａ）とｂ）の方法を使い分けることが好ましい。
例えば、原料コストの低減の点から灰分含有量が多い安価な原料炭またはそれらの配合割合の高い配合炭を使う場合には、上記のｂ）のコークス生産計画値を修正する方法を採用し、生産量を確保するために所定総炭化時間で操業する場合には、上記のａ）原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、あるいは粘結剤の添加量を調整する方法を採用することができる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
炉幅４２５ｍｍ、炉高４００ｍｍ、炉長６００ｍｍの試験コークス炉を用い、灰分８％の配合炭Ａを０．８３ｄｒｙ−ｔ／ｍ３（石炭乾燥重量ベース）の装入密度で装入し、炉温１２５０℃、乾留時間１８．５時間の条件で乾留し、炉幅方向中央部での温度変化を測定した。また、配合炭Ａに粘結剤としてタールを３％添加して、同じ条件で乾留した。さらに、灰分９％の配合炭Ｂを同じ条件で乾留した。
【００１８】
表１に、配合炭Ａ（灰分８％）のみ（条件１）、配合炭Ａにタールを３％添加（条件２）、配合炭Ｂ（灰分９％）のみ（条件３）の各条件において、乾留試験を行った際の炭中温度５５０℃到達までの時間（火落時間に相当）を示す。
表より、条件１に比べて、条件１にタールを３％添加した条件２の場合には、火落時間は約３０分増加した。また、条件１の配合炭Ａに比べて、灰分の高い配合炭Ｂを用いた条件３の場合、火落時間は約９分増加した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
（実施例２）
稼働率１１３％（総炭化時間１２７５分）で操業しているコークス炉において、押出し抵抗管理上限基準を２６０Ａ以下にするための置時間は１８０分であり、総炭化時間１２７５分から１８０分を減じた１０９５分が目標火落時間であった。
しかしながら、実績の平均火落時間は目標より約１０分長い１１０５分であり、このため、置時間が若干短くなり、押出抵抗が管理基準上限を越える場合がたびたびあった。
【００２１】
そこで、粘結剤添加率と火落時間の関係に基づき、火落時間が１０分短縮されるように粘結剤添加率を４％から２％に減じたところ、平気火落時間が予測通り１０分短縮され、押出抵抗が管理基準上限を越えることなく、安定に操業することが可能となった。
また同様に、粘結剤添加率は４％のまま、灰分含有量と火落時間の関係に基づき、火落時間が１０分短縮されるように粘結剤添加率を８．５％から８．０％に減じたところ、平気火落時間が予測通り１０分短縮され、押出抵抗が管理基準上限を越えることなく、安定に操業することが可能となった。
【００２２】
（実施例３）
あるコークス炉において、灰分含有量８％の石炭を装入して操業していた。この時の火落時間は１０９７分、置時間は４時間（２４０分）であり、総炭化時間は１３３７分（稼働率１０８％）であった。
ここで、灰分の高い安価な石炭を多量に用いるため、配合炭の灰分含有量を８．５％に変更することとした。この時、灰分含有量と火落時間の関係から火落時間が１０分増加すると予測されたので、火落時間を１０９７＋１０＝１１０７分と予想し、総炭化時間を１３４７分（稼働率１０７％）に変更して操業したところ、押出抵抗が管理基準上限を越えることなく、安定に操業することができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、良好なコークス押出性を維持しつつ、実火落時間および実総炭化時間とそれらの予測値との変動を極力小さくすることができる。これにより、コークス押し止まりやコークス押詰り等の操業トラブルがなく、かつ省エネルギー・低コストでのコークス炉の安定的操業が可能となり、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】置時間とコークス押出し抵抗の関係を示す図である。
【図２】灰分含有量と火落時間の関係を示す図である。
【図３】粘結剤添加率と火落時間の関係を示す図である。

Claims

コークス炉のコークス生産計画値によって総炭化時間を設定し、該総炭化時間に基づいて操業を行うコークス炉の操業方法において、予めコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭の水分、装入密度、および、炉温毎に、コークス押し出し抵抗と置き時間との関係を求めておくとともに、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び原料炭または配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係を求めておき、前記のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係に基づいてコークス押し出し抵抗が予め設定された許容値以下となるように置き時間を設定した後、該置き時間の設定値と前記総炭化時間の設定値から火落ち時間を設定し、該火落ち時間の設定値になるように前記の原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び前記の原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づいて、コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、及び原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量の内の少なくとも一方を調整することを特徴とするコークス押し出し性に優れたコークス炉の操業方法。
コークス炉のコークス生産計画値によって総炭化時間を設定し、該総炭化時間に基づいて操業を行うコークス炉の操業方法において、予めコークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭の水分、装入密度、および、炉温毎に、コークス押し出し抵抗と置き時間との関係を求めておくとともに、原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び原料炭または配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係を求めておき、前記のコークス押し出し抵抗と置き時間との関係に基づいてコークス押し出し抵抗が予め設定された許容値以下となるように置き時間を設定した後、前記の原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量と火落ち時間との関係、及び前記の原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量と火落ち時間との関係に基づいて、コークス炉に装入する原料炭またはそれらの配合炭中の灰分含有量、及び原料炭またはそれらの配合炭に添加する粘結剤の添加量から火落ち時間を設定し、該火落ち時間の設定値と前記置き時間の設定値から総炭化時間を設定し、該総炭化時間の設定値になるようにコークス炉のコークス生産計画値を変更して前記総炭化時間を修正することを特徴とするコークス押し出し性に優れたコークス炉の操業方法。