JP5434803B2 - Test coke oven equipment - Google Patents
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Description
本発明は、室炉式コークス炉の炭化室底部におけるコークスケーキに類したコークスケーキを試験室規模で製造するための、試験コークス炉装置に関するものである。 The present invention relates to a test coke oven apparatus for producing a coke cake similar to a coke cake at the bottom of a carbonization chamber of a chamber furnace type coke oven on a laboratory scale.
室炉式コークス炉は、原料である石炭を乾留する炭化室と炭化室とを加熱する燃焼室が交互に重層的に配列した構造であり、炭化室と燃焼室とは耐火性煉瓦の壁によって仕切られている。 A chamber-type coke oven has a structure in which the carbonization chamber for carbonizing the raw material coal and the combustion chamber for heating the carbonization chamber are alternately arranged in multiple layers. The carbonization chamber and the combustion chamber are separated by a wall of refractory bricks. It is partitioned.
炭化室は炉長１５〜１６ｍ、炉幅０．４〜０．５ｍ、炉高５〜７ｍ程度の寸法であり、炉頂の天井部には石炭を装入するための装炭孔（通常は４〜５個）を有し、炉長方向の両端部には炉蓋が配置されている。 The carbonization chamber has a furnace length of 15 to 16 m, a furnace width of 0.4 to 0.5 m, and a furnace height of about 5 to 7 m, and a carbonization hole (usually for charging coal into the ceiling at the top of the furnace) 4-5 pieces), and furnace lids are arranged at both ends in the furnace length direction.
炭化室に装入された石炭は、炭化室を形成する両壁の耐火性煉瓦を介して、燃焼室内でのガスの燃焼熱により間接加熱され、コークス塊の集合体（以下、「コークスケーキ」という。）となった後、２枚の炉蓋が開放された状態で、押出機により炉長方向に押し出されて室外へと排出される。コークスケーキの押出性を良好に保つことは、コークス炉の構造体としての健全性・耐久性を維持するために非常に重要である。 The coal charged in the carbonization chamber is indirectly heated by the combustion heat of the gas in the combustion chamber via the fire-resistant bricks on both walls forming the carbonization chamber, and a coke mass aggregate (hereinafter referred to as “coke cake”). After that, the two furnace lids are opened, and are pushed out in the furnace length direction by the extruder and discharged to the outside. Maintaining good extrudability of coke cake is very important to maintain the soundness and durability of the structure of the coke oven.
実コークス炉の押出性はコークスケーキを押し出すのに必要な荷重の大小で評価される。押出機は駆動機構とコークスケーキに接するラムヘッドから構成されており、ラムヘッドより与える荷重が、コークスケーキを移動させるのに十分な荷重に達して、コークスケーキが移動を開始する。その際のラムヘッド上の荷重は分布を有しており、通常は炉底部ほど高く偏重する傾向があり、さらにその偏重傾向は操業状況によって変化することが確認されている。 The extrudability of an actual coke oven is evaluated by the magnitude of the load required to extrude the coke cake. The extruder includes a drive mechanism and a ram head in contact with the coke cake. The load applied from the ram head reaches a load sufficient to move the coke cake, and the coke cake starts to move. At that time, the load on the ram head has a distribution, and usually tends to be more heavily distributed toward the bottom of the furnace, and it has been confirmed that the tendency of the load to change depends on the operating conditions.
このことから、炭化室底部のコークスケーキは、その上方に存在するコークスケーキとは異なる機械特性を有しており、炭化室底部において押出し力を局部的に増大させている要因となる可能性があると考えられる。 From this, the coke cake at the bottom of the carbonization chamber has different mechanical properties from the coke cake present above it, and may be a factor that locally increases the extrusion force at the bottom of the carbonization chamber. It is believed that there is.
コークスケーキの亀裂の中でコークスケーキを分断する大きな亀裂は次のように発生していると考えられる。
石炭層は炉内で加熱されることにより一旦軟化し、その後、５００℃近傍で再び固化する。このとき、大きな収縮が発生するが、その収縮が発生した領域の周囲の５００℃近傍以外の温度にある石炭層またはコークスケーキはこの収縮に完全に追従できるようには変形できない。このため、この５００℃近傍の領域において亀裂が発生する。
It is thought that the big crack which divides a coke cake in the crack of a coke cake has occurred as follows.
The coal layer is once softened by being heated in the furnace and then solidified again at around 500 ° C. At this time, a large shrinkage occurs, but the coal layer or coke cake at a temperature other than around 500 ° C. around the region where the shrinkage occurs cannot be deformed so that the shrinkage can be completely followed. For this reason, a crack occurs in the region near 500 ° C.
一方、装入された石炭層は炉壁から加熱されるため、この５００℃近傍の領域は、加熱時間の経過とともに石炭層の外側から内側へと移動する。このため、亀裂は、加熱面に近い石炭層の表面においてまず発生し、その亀裂が過熱時間の経過とともに５００℃等温度面の移動をトレースするように、したがって５００℃等温度面にほぼ垂直に内部へと進展することになる。 On the other hand, since the charged coal bed is heated from the furnace wall, the region near 500 ° C. moves from the outside to the inside of the coal bed as the heating time elapses. For this reason, cracks first occur on the surface of the coal bed close to the heating surface, so that the crack traces the movement of the 500 ° C. isothermal surface over time, and therefore almost perpendicular to the 500 ° C. isothermal surface. It will progress inside.
このように、コークスケーキに生じた大きな亀裂の進展方向は、そのコークスケーキに係る石炭が受けた熱履歴を反映している。例えば、コークスケーキの上表面および底面の影響を受けない部分では、５００℃等温度面は炉壁面に平行なので、結局亀裂は炉壁面に垂直な方向、すなわち水平方向に進展する。 Thus, the progress direction of the large crack generated in the coke cake reflects the thermal history received by the coal related to the coke cake. For example, in a portion that is not affected by the upper surface and the bottom surface of the coke cake, the 500 ° C. isothermal surface is parallel to the furnace wall surface, so that the crack eventually grows in the direction perpendicular to the furnace wall surface, that is, in the horizontal direction.
実炉底部のコークスケーキを観察すると、炉幅方向に対して底面隅より斜め上向きに亀裂が進展して、底部より上方のコークスケーキとは亀裂の進展方向が異なる。このことが炭化室底部のコークスケーキの機械特性をその上方のケーキと異なるものとしている主たる要因と考えられる。 When the coke cake at the bottom of the actual furnace is observed, cracks progress obliquely upward from the bottom corner with respect to the furnace width direction, and the direction of crack propagation differs from that of the coke cake above the bottom. This is considered to be the main factor that makes the mechanical properties of the coke cake at the bottom of the carbonization chamber different from the cake above it.
ここで、これまでのコークスケーキの押出性試験評価について述べる。これまでのコークスケーキの押出性試験評価は、コークス塊の集合体であるコークスケーキが製造できる比較的大きな試験コークス炉を用いて乾留試験を行い、製造したコークスケーキを用いて、ケーキの圧縮特性や圧縮時の横方向への膨張特性、圧縮荷重の対面や側面への伝播などを評価するのが一般的である。 Here, the evaluation of the extrudability test of coke cake so far will be described. So far, the coke cake extrudability test has been evaluated by conducting a dry distillation test using a relatively large test coke oven that can produce a coke cake that is an aggregate of coke cakes. It is common to evaluate the expansion characteristics in the lateral direction during compression and the propagation of compression load to the opposite or side surfaces.
比較的大きな試験コークス炉を用いて乾留試験を行うのは、コークスケーキの押出時の挙動が、ケーキを構成するコークス塊そのものの圧縮特性のみならず、コークスケーキを分断する亀裂の方向やその量など、コークスケーキに含まれる空隙の状態によって大きく影響を受けるためである。炭化室壁に平行な方向のコークス塊の長さは０．１〜０．２ｍであるため、コークスケーキの製造に用いる試験コークス炉は、幅は実炉同等の０．４５ｍ程度であって、高さおよび長さはいずれも０．５〜１ｍ前後の炭化室をもつものが代表的である。 The reason why the carbonization test is performed using a relatively large test coke oven is that the coke cake extruding behavior is not only the compressive properties of the coke mass itself constituting the cake, but also the direction and amount of cracks that break the coke cake. This is because it is greatly affected by the state of voids contained in the coke cake. Since the length of the coke lump in the direction parallel to the carbonization chamber wall is 0.1 to 0.2 m, the width of the test coke oven used for the production of the coke cake is about 0.45 m, which is equivalent to the actual oven, Both the height and the length are typically those having a carbonization chamber of about 0.5 to 1 m.
押出性試験に用いるコークスケーキは、上記の試験コークス炉の炭化室内に石炭を装入し、炭化室の両側壁から加熱することにより製造されてきた。そのため、このように製造されたコークスケーキは、最底部においても高々１ｍ分の石炭荷重しか加えられていない状態で製造されたものである。これに対し、実コークス炉では炉高が一般的には５〜７ｍであるから、炉底近傍の石炭は上記の実験コークス炉における炉底近傍の石炭に比べてはるかに高い荷重が加わっている。したがって、この試験コークス炉により製造されたコークスケーキは、実コークス炉の炉底近傍のコークスケーキではなく、実コークス炉において炉底部より上方に存在する、いわばコークス炉の一般的な部位のコークスケーキに相当する。 The coke cake used for the extrudability test has been produced by charging coal into the carbonization chamber of the test coke oven and heating from both side walls of the carbonization chamber. Therefore, the coke cake manufactured in this way is manufactured in a state where only a coal load of at most 1 m is applied even at the bottom. On the other hand, in an actual coke oven, since the furnace height is generally 5 to 7 m, a much higher load is applied to coal near the furnace bottom than coal near the furnace bottom in the above experimental coke oven. . Therefore, the coke cake produced by this test coke oven is not the coke cake near the bottom of the actual coke oven, but the so-called coke cake existing in the actual coke oven above the bottom of the oven. It corresponds to.
そのため実炉の炉底部のコークスケーキを試験炉にて再現するには、これまでのような試験コークス炉では不足であった。すなわち、コークスケーキの亀裂の方向および乾留過程における昇温状況を、実炉の炉底部近傍のコークスと同等に兼ね備えたコークスケーキを再現することはできなかった。 Therefore, in order to reproduce the coke cake at the bottom of the actual furnace in the test furnace, the test coke furnace as in the past was insufficient. In other words, it was not possible to reproduce a coke cake that had the same direction of cracks in the coke cake and the temperature rise in the dry distillation process as the coke near the bottom of the actual furnace.
特許文献１において、炭化室両側壁に加熱機構を有した試験コークス炉において、落下距離により嵩密度を調整した石炭層に対し上部より荷重を与えながら乾留し、実コークス炉の炉高方向の品質分布を再現する方法が開示されている。 In Patent Document 1, in a test coke oven having a heating mechanism on both side walls of the carbonization chamber, the coal layer whose bulk density was adjusted by the drop distance was subjected to dry distillation while applying a load from above, and the quality of the actual coke oven in the furnace height direction A method for reproducing the distribution is disclosed.
この方法においては、ＪＩＳ法に規定されたコークス強度指数を評価する上では、実コークス炉の炉底部に類するコークスを製造できる可能性がある。しかしながら、亀裂などの状況を含めた実コークス炉の炉底部におけるコークスケーキを詳細に再現するという点では不十分な方法であった。また、特許文献１では、石炭を加圧する機構について、その詳細が開示されていない。 In this method, there is a possibility that coke similar to the bottom of an actual coke oven can be manufactured in evaluating the coke strength index defined in the JIS method. However, this method is insufficient in that the coke cake at the bottom of the actual coke oven including cracks is reproduced in detail. Moreover, in patent document 1, the detail is not disclosed about the mechanism which pressurizes coal.
特許文献２において、炭化室を形成する両側壁面だけでなく、天井・底面・両側炉蓋に加熱機構を有し、側壁以外からも熱補償することで、実炉の乾留(昇温)状況を一致させる試験コークス炉が考案されている。 In Patent Document 2, not only the wall surfaces on both sides that form the carbonization chamber, but also the heating mechanism on the ceiling, bottom surface, and both sides of the furnace lid, and by compensating heat from other than the side walls, A matching test coke oven has been devised.
しかしながら、前述のように実コークス炉では炉高が５〜７ｍ程度であるから、炉底近傍付近ではその上方に石炭が存在する。このため炉底近傍の石炭が上方から加熱されることはなく、当該試験炉のごとく、側壁以外で炉底面および天井部の両方の面から加熱を受ける部位は、実コークス炉には存在しない。したがって、試験炉において天井部からも加熱を受けた場合には、昇温状況が実炉の炉底部近傍の石炭と異なることになり、この試験コークス炉を用いて得られたコークスケーキ上部に生じる亀裂進展方向は、実炉の炉底部近傍におけるコークスと異なることになる。このことから、炉底部相当のコークスケーキを得るには不十分であった。 However, as described above, the actual coke oven has a furnace height of about 5 to 7 m, and therefore coal exists above the vicinity of the furnace bottom. For this reason, the coal near the furnace bottom is not heated from above, and there is no portion in the actual coke oven that is heated from both the bottom surface of the furnace and the ceiling part other than the side wall as in the test furnace. Therefore, when the test furnace is also heated from the ceiling, the temperature rise will be different from the coal near the bottom of the actual furnace, and will occur at the top of the coke cake obtained using this test coke oven The crack propagation direction is different from coke near the bottom of the actual furnace. From this, it was insufficient to obtain a coke cake corresponding to the furnace bottom.
本発明は、かかる状況を鑑み、実コークス炉の底部近傍におけるコークスケーキを適切に再現する試験コークス炉装置を提供することにある。 In view of such a situation, the present invention is to provide a test coke oven apparatus that appropriately reproduces a coke cake in the vicinity of the bottom of an actual coke oven.
本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。
まず実コークス炉において、炉底部近傍の石炭層内、炉底煉瓦の炭化室内表面より９０ｍｍ下方の煉瓦内、および炭化室の下方に存在する燃焼排ガスの通り道である水平交道内に熱電対を設置して、当該部の温度推移を調査した。
The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-described problems.
First, in an actual coke oven, thermocouples are installed in a coal bed near the bottom of the furnace, in a brick 90 mm below the surface of the carbonization chamber of the bottom brick, and in a horizontal intersection that is a passage for the combustion exhaust gas existing below the carbonization chamber. Then, the temperature transition of the part was investigated.
その結果、炉底部近傍の石炭層内温度に比べて炉底煉瓦の炭化室表面より９０ｍｍ下方の煉瓦内温度の方が、また炉底煉瓦の炭化室表面より９０ｍｍ下方の煉瓦内温度に比べて水平交道の温度の方が、乾留過程において常に高く、水平交道からその上方にある炭化室底面煉瓦、さらには炉底部近傍の石炭層に向かって熱が伝導していることが知見された。そして、この炉底部下方にある水平交道からその上方にある炉底近傍の石炭層への伝熱が、炉底部近傍のコークスケーキがその上方に存在するコークスケーキとは亀裂の進展方向が異なる要因であることを知見した。 As a result, compared to the temperature in the coal bed near the bottom of the furnace, the temperature in the brick 90 mm below the surface of the carbonization chamber of the furnace bottom brick and the temperature in the brick 90 mm below the surface of the carbonization chamber of the furnace bottom brick. It was found that the temperature of the horizontal crossroads was always higher during the dry distillation process, and heat was conducted from the horizontal crossroads to the upper bottom brick of the coking chamber and further to the coal bed near the furnace bottom. And, the heat transfer from the horizontal intersection below the furnace bottom to the coal bed near the furnace bottom is a factor that causes the coke cake near the furnace bottom to be different from the coke cake where the coke cake exists above I found out.
また、炉底に加熱機構を持たない試験コークス炉装置における炉底近傍の石炭層の乾留過程での温度推移と、実コークス炉における炉底部（以下、「実炉底部」という。）近傍の石炭層の乾留過程での温度推移を比較すると、実コークス炉の昇温が早く、炉底に加熱機構を持たない試験コークス炉装置では、実炉底部近傍の昇温状況を再現できないことが知見された。 In addition, the temperature transition during the dry distillation process of the coal bed in the vicinity of the bottom of the test coke oven without a heating mechanism at the bottom of the furnace, and the coal in the vicinity of the bottom of the actual coke oven (hereinafter referred to as “the actual bottom of the furnace”). Comparing the temperature transition during the dry distillation process of the bed, it was found that the temperature rise in the actual coke oven was fast and the temperature rise near the bottom of the actual furnace could not be reproduced with the test coke oven equipment that does not have a heating mechanism at the furnace bottom. It was.
これら実コークス炉における調査、および実コークス炉と試験コークス炉装置との対比に基づくと、実炉底部近傍の特徴的な乾留条件として次の3点が挙げられる。
１）側壁だけでなく底面からも加熱され、かつ石炭層の上方からは加熱を受けない。
Based on the investigation in these actual coke ovens and the comparison between the actual coke oven and the test coke oven equipment, the following three points are listed as characteristic dry distillation conditions near the bottom of the actual furnace.
1) It is heated not only from the side wall but also from the bottom surface, and is not heated from above the coal bed.
２）上部から荷重を受けた状態で乾留される。
３）炉高や炉幅に応じた石炭嵩密度となる。
これらの条件をすべて満たすことで、実炉底部のコークスケーキを、試験コークス炉装置において製造できることを見いだした。
2) Carbonized while receiving a load from the top.
3) Coal bulk density according to the furnace height and furnace width.
By satisfying all these conditions, it was found that the coke cake at the bottom of the actual furnace can be produced in the test coke oven apparatus.
つまり、石炭の嵩密度を実炉底部相当とし、試験炉の側壁面および炉底面から加熱し、さらに石炭層の上面に断熱材を設置するなどして上部からの伝熱を防止した上で、石炭層の上部より実炉底部相当の荷重を付与して乾留することで、実炉の炉底部近傍のコークスと同等のコークスケーキを作成可能なことを知見した。 In other words, the bulk density of coal is equivalent to the bottom of the actual furnace, heated from the side wall surface and the bottom surface of the test furnace, and further, by installing a heat insulating material on the top surface of the coal bed, preventing heat transfer from the top, It was found that a coke cake equivalent to the coke near the bottom of the actual furnace can be created by applying a load equivalent to the bottom of the actual furnace from the upper part of the coal bed.
本発明はかかる知見に基づき完成されたものであって、次のとおりである。
（１）石炭を装入して乾留しコークスを作成する試験コークス炉装置において、炉蓋側およびその対面を除く垂直側壁である両側壁面および炉底面から加熱する機構を有し、石炭層上面部を加圧するための加圧機構、ならびに炭化室内に配置された石炭層の上面を覆うための断熱材を有した試験コークス炉装置であって、前記加圧機構の先端に設けられた加圧部材が耐火物製であることを特徴とする、試験コークス炉装置。
The present invention has been completed based on such findings and is as follows.
(1) In a test coke oven apparatus in which coal is charged and carbonized to produce coke, it has a mechanism for heating from both the side wall surfaces and the bottom surface of the furnace lid side and the vertical side walls excluding the facing surface, and the upper surface of the coal bed A test coke oven apparatus having a pressurizing mechanism for pressurizing and a heat insulating material for covering the upper surface of the coal bed disposed in the carbonization chamber, the pressurizing member provided at the tip of the pressurizing mechanism A test coke oven device, characterized in that is made of refractory.
（２）前記加圧部材と前記断熱材とは別部材であって、前記断熱材をなす介設部材は炉内に装入される石炭層の上面に設置されている、上記（１）記載の試験コークス炉装置。
（３）前記加圧部材と前記断熱材とは一体化された部材であって、炉内に装入された石炭層と接触する前記加圧部材の石炭層との接触部分の温度が５００℃未満となるように前記加圧部材の温度を制御するための過熱防止機構を備える、上記（１）記載の試験コークス炉装置。
(2) The said (1) description that the said pressurization member and the said heat insulating material are separate members, Comprising: The interposed member which makes the said heat insulating material is installed in the upper surface of the coal bed inserted in a furnace. Test coke oven equipment.
(3) The pressurizing member and the heat insulating material are integrated members, and the temperature of the contact portion with the coal bed of the pressurizing member in contact with the coal bed charged in the furnace is 500 ° C. The test coke oven apparatus according to the above (1), comprising an overheat prevention mechanism for controlling the temperature of the pressure member so as to be less than the value.
上記の過熱防止機構として、具体的に、加圧部材を冷却する機構、ならびに加圧部材が炉壁からの輻射熱により過熱されることを防止する遮熱板およびこの遮熱板の駆動機構が例示される。 Specific examples of the overheat prevention mechanism include a mechanism for cooling the pressure member, a heat shield that prevents the pressure member from being overheated by radiant heat from the furnace wall, and a drive mechanism for the heat shield. Is done.
本発明は別の一態様として、上記の試験コークス炉を用いる石炭の乾留方法をも提供する。
その乾留方法の一例は、上記の加熱機構により炉内を加熱する第１の加熱工程と、第１の加熱工程により加熱された炉内に、その上面に断熱材が載置された石炭層を装入する第１の装入工程と、第１の装入工程により炉内に装入された石炭層を、断熱材を介して加圧部材により加圧する第１の加圧工程とを備える。
As another aspect, the present invention also provides a coal carbonization method using the above test coke oven.
An example of the dry distillation method is a first heating step in which the inside of the furnace is heated by the above heating mechanism, and a coal layer in which a heat insulating material is placed on the upper surface in the furnace heated by the first heating step. A first charging step of charging, and a first pressurizing step of pressurizing the coal layer charged into the furnace by the first charging step with a pressurizing member through a heat insulating material.
また上記乾留方法の別の一例は、断熱材と一体化している加圧部材の温度を上記過熱防止機構により５００℃未満に維持しつつ上記の加熱機構により炉内を加熱する第２の加熱工程と、第２の加熱工程により加熱された炉内に、その上面に断熱材が載置された石炭層を装入する第２の装入工程と、第２の装入工程により炉内に装入された石炭層の上面に対して、過熱防止機構により石炭層との接触部が５００℃未満とされた加圧部材を接触させる接触工程と、接触工程により石炭層に接触した加圧部材の石炭層に対する加圧を、過熱防止機構を作用させることなく行う第２の加圧工程とを備える。 Another example of the dry distillation method is a second heating step in which the inside of the furnace is heated by the heating mechanism while the temperature of the pressure member integrated with the heat insulating material is maintained at less than 500 ° C. by the overheating prevention mechanism. And a second charging step in which a coal layer having a heat insulating material placed on the upper surface thereof is charged into the furnace heated in the second heating step, and the second charging step is performed in the furnace. A contact step in which a pressure member whose contact portion with the coal bed is less than 500 ° C. is brought into contact with the upper surface of the coal layer that has been brought into contact with the coal layer by an overheating prevention mechanism; And a second pressurizing step for pressurizing the coal bed without causing the overheat prevention mechanism to act.
本発明の装置を用いることにより、実炉底部近傍のコークスケーキを再現したコークスケーキを、試験室規模で製造可能となった。さらにその効果として、これまで評価が困難であった炉底部近傍のコークスケーキの圧縮挙動を評価可能となった。 By using the apparatus of the present invention, a coke cake that reproduces the coke cake near the bottom of the actual furnace can be produced on a laboratory scale. Furthermore, as an effect, it became possible to evaluate the compression behavior of the coke cake near the bottom of the furnace, which was difficult to evaluate.
本発明に係る試験コークス炉装置の一例の、正面図および側面図を図１に示す。耐火性煉瓦で構成された炭化室１と炭化室への装入物を出し入れするための炉蓋２、炭化室上部に設置された加圧機構、炉蓋側およびその対面を除く垂直側壁である両側壁面のみならず炉底面からも炭化室内を加熱可能な加熱機構、および炭化室内に配置された石炭層の上面を覆うための断熱材を本発明に係る試験コークス炉装置は備える。なお、本例では、後述するように、断熱材は加圧機構と一体化されている。炭化室１の内部に石炭が装入され、その装入された石炭からなる石炭層に対して加圧機構による加圧および加熱機構による加熱を行って石炭層を乾留することにより、コークスを製造する。 A front view and a side view of an example of a test coke oven apparatus according to the present invention are shown in FIG. It is a vertical side wall excluding the carbonization chamber 1 composed of refractory bricks, a furnace lid 2 for taking in and out the charge to the carbonization chamber, a pressurizing mechanism installed at the top of the carbonization chamber, the side of the furnace lid and its facing The test coke oven apparatus according to the present invention includes a heating mechanism capable of heating the carbonization chamber not only from both side wall surfaces but also from the bottom surface of the furnace, and a heat insulating material for covering the upper surface of the coal bed disposed in the carbonization chamber. In this example, as will be described later, the heat insulating material is integrated with the pressurizing mechanism. Coal is produced by charging coal into the carbonization chamber 1 and subjecting the coal bed made of the charged coal to pressurization by the pressurization mechanism and heating by the heating mechanism to dry distillation the coal bed. To do.
加圧機構は、加圧シリンダー３と固定架台４、荷重検出用のロードセル５、および加圧シリンダー先端の加圧部材６からなる。加圧シリンダー３のストロークは、炭化室１内の石炭層に対応する実コークス炉の石炭層（以下、「実炉石炭層」という。）の収縮量より長く設定される。また、この実炉石炭層の上方に堆積される石炭の荷重を試験炉において再現できるように、加圧シリンダー３が印加可能な最大荷重は設定される。そして、その最大荷重を適切に計測できるようにロードセル５の容量も適宜選択される。加圧部材６は耐火物からなり、本例では、さらに断熱性を有することで、上記の断熱材の機能をも兼ね備えている。加圧部材６が断熱性を有していない場合には石炭層と加圧部材６と間に断熱材を敷設してもよい。加圧部材６および断熱材の詳細については後述する。 The pressurizing mechanism includes a pressurizing cylinder 3, a fixed base 4, a load cell 5 for load detection, and a pressurizing member 6 at the tip of the pressurizing cylinder. The stroke of the pressure cylinder 3 is set longer than the contraction amount of the coal layer of the actual coke oven (hereinafter referred to as “actual coal layer”) corresponding to the coal layer in the carbonization chamber 1. Further, the maximum load that can be applied by the pressure cylinder 3 is set so that the load of the coal deposited above the actual coal bed can be reproduced in the test furnace. And the capacity | capacitance of the load cell 5 is also selected suitably so that the maximum load can be measured appropriately. The pressurizing member 6 is made of a refractory material. In this example, the pressurizing member 6 also has a heat insulating property and thus has the function of the heat insulating material. When the pressure member 6 does not have heat insulation properties, a heat insulating material may be laid between the coal layer and the pressure member 6. Details of the pressure member 6 and the heat insulating material will be described later.
加熱機構は、側壁部ヒーター７および炉底部ヒーター８、ならびにこれらに接続された温度制御装置（図示せず）から構成される。温度制御装置は各ヒーターに供給される電力を独立に制御することができる。 The heating mechanism includes a side wall heater 7, a furnace bottom heater 8, and a temperature control device (not shown) connected thereto. The temperature control device can control the power supplied to each heater independently.
図２に、石炭装入用容器の概略図を示す。石炭装入用容器は、本体枠９と該本体枠９より引き抜くことで分離可能な側壁鉄板１０からなる。
石炭装入用容器を用いて炭化室１に容器ごと石炭を装入し、加圧機構によって石炭層の上部より加圧しながら、側壁部ヒーター７および炉底部ヒーター８を同一および／または独立に制御しながら石炭層を加熱して、乾留を行う。
FIG. 2 shows a schematic view of a coal charging container. The coal charging container includes a main body frame 9 and a side wall iron plate 10 that can be separated by being pulled out from the main body frame 9.
The coal is charged into the carbonization chamber 1 using the coal charging vessel, and the side wall heater 7 and the furnace bottom heater 8 are controlled in the same and / or independently while pressurizing from the upper part of the coal bed by the pressurizing mechanism. While heating the coal bed, dry distillation is performed.
なお、試験コークス炉装置においても、実炉と同様に炭化室上部に石炭を装入するための装入口を設置して、炭化室内へ上部から石炭を装入することが一般的に行われている。
本説明例では、石炭加圧部材と石炭装入口との干渉を避けるため、事前に石炭を容器に充填して炭化室内へ装入し、乾留後は炉蓋を開放して容器ごと装入物を引き出す方法を示した。
In addition, in the test coke oven apparatus, it is generally carried out by installing an inlet for charging coal into the upper part of the carbonization chamber and charging the coal into the carbonization chamber from the upper part as in the actual furnace. Yes.
In this example, in order to avoid interference between the coal pressure member and the coal inlet, the container is filled with coal in advance and charged into the carbonization chamber, and after dry distillation, the furnace lid is opened and the entire container is charged. Showed how to pull out.
他の実施例として、炭化室上部に石炭を装入するための装入口を設置する一般的な方法も可能である。その際にはコークスケーキ排出時の型崩れ防止のために、装入容器の本体枠のみを事前に炭化室内に設置すればよい。また、この場合の加圧部材と石炭装入口との配置状況については、加圧部材を着脱可能な構造としておいて、石炭装入後に加圧部材を設置する方法や、加圧部材をほぼ中心部に設置した場合には、石炭装入口を複数設置したり、石炭装入後に装入石炭の平滑化（レベリング）したりすることなどにより、石炭層高の偏差を解消することができる。 As another embodiment, a general method of installing an inlet for charging coal into the upper part of the carbonization chamber is also possible. In that case, only the main body frame of the charging container may be installed in advance in the carbonization chamber in order to prevent the shape of the coke cake from being lost. Moreover, about the arrangement | positioning condition of the pressurizing member and the coal charging inlet in this case, the pressurizing member is made to be a detachable structure, the method of installing the pressurizing member after the coal charging, When installed in the section, the coal bed height deviation can be eliminated by installing a plurality of coal charging inlets or smoothing (leveling) the charging coal after charging the coal.
さらに、炉蓋の対面を壁面とせずに炉蓋を設けて、両炉蓋を開放して一方から他方へ機械的に炭化室装入物を押出して排出する形態とすることも可能である。
本発明に係る試験コークス炉装置において重要な点は、１）石炭層上部より加圧しながら、炉蓋側およびその対面を除く垂直側壁の両側壁面だけでなく炉底面からも加熱する点、２）加圧シリンダー先端の加圧部材が耐火物製である点、３）石炭層の上方の空間部分からの伝熱が抑制されていること、すなわち石炭層の上面側が断熱されている点である。
Furthermore, it is also possible to provide a furnace lid without making the opposite face of the furnace lid a wall surface, open both furnace lids, and mechanically extrude the carbonization chamber charge from one to the other.
The important points in the test coke oven apparatus according to the present invention are 1) heating from the bottom of the furnace as well as from both sides of the vertical side wall excluding the furnace lid side and the opposite side while pressing from the upper part of the coal bed, 2) The pressurizing member at the tip of the pressurizing cylinder is made of refractory, and 3) heat transfer from the space above the coal bed is suppressed, that is, the upper surface side of the coal bed is insulated.
石炭層上部より加圧しながら、炉蓋側およびその対面を除く垂直側壁の両側壁面だけでなく炉底面からも加熱する点に関しては、前述のとおり実炉底部のコークスを再現するために重要である。 As mentioned above, it is important to reproduce the coke at the bottom of the actual furnace as it is heated not only from the upper side of the coal seam but also from the bottom surface of the vertical side wall except the furnace lid side and the opposite side wall. .
加圧シリンダー３先端の加圧部材６が耐火物製である点に関しては、加圧部材６に例えば鋼製部材を用いた場合、高温状態において容易に変形が生じ、石炭層を局所的に加圧する事態が生じることになる。または、変形を防止するために加圧方向に対する厚みを増した場合、重量が極めて大きくなり、取り扱いが非常に困難となる。 Regarding the point that the pressure member 6 at the tip of the pressure cylinder 3 is made of a refractory, when a steel member is used as the pressure member 6, for example, deformation easily occurs at a high temperature, and the coal layer is locally added. A situation will occur. Alternatively, when the thickness in the pressing direction is increased in order to prevent deformation, the weight becomes extremely large and handling becomes very difficult.
石炭層の上面側が断熱されていることは、具体的には、加圧機構６における加圧シリンダー３先端の加圧部材６が断熱材と一体化して断熱性を有すること、および石炭層と加圧部材６との間に敷設される断熱性耐火物からなる部材（以下、「介設部材」という。）を有することの少なくとも一方、好ましくは両方を満たすことにより実現される。したがって、加圧部材６も、高温において強度が保て、かつ熱伝導性が低い耐火物、つまり断熱性耐火物を用いることが好ましい。 Specifically, the heat insulation of the upper surface side of the coal bed means that the pressurizing member 6 at the tip of the pressurizing cylinder 3 in the pressurizing mechanism 6 is integrated with the heat insulating material to have heat insulating properties, and that the coal layer is heated. This is realized by satisfying at least one, preferably both, of a member made of a heat-resistant refractory laid between the pressure member 6 (hereinafter referred to as “interposition member”). Therefore, it is preferable to use a refractory material that maintains strength at high temperatures and has low thermal conductivity, that is, a heat-insulating refractory material, as the pressing member 6.
ここで、介設部材を用いずに加圧部材を単独で使用する場合には、加圧部材６が石炭層の上面に接するときの温度が低温、具体的には前述の大規模な固化収縮が発生する５００℃以下、であることが必要となる。５００℃を超えている場合には、加圧部材６と接触した石炭層の上面近傍の石炭が、亀裂が発生するほど加熱されてしまうため、実コークス炉の熱履歴を再現することができない。 Here, when the pressure member is used alone without using the interposition member, the temperature when the pressure member 6 is in contact with the upper surface of the coal layer is low, specifically, the aforementioned large-scale solidification shrinkage. It is necessary that the temperature be 500 ° C. or lower. When the temperature exceeds 500 ° C., the coal near the upper surface of the coal layer in contact with the pressurizing member 6 is heated to the extent that cracks are generated, so the heat history of the actual coke oven cannot be reproduced.
そこで、炭化室１を所定の温度まで昇温させる間は加圧シリンダー３には加圧部材６を取り付けず、所定温度に昇温後、炭化室１に石炭を装入したときにはじめて加圧シリンダー３に加圧部材６を取り付けることが可能な構造とすればよい。あるいは、炭化室１上部に遮蔽板を配置して、その遮蔽板によって炭化室１と加圧シリンダー３に取り付けられた加圧部材６とが隔離可能とし、加圧が必要とされるときまでは加圧部材６を炭化室１と隔離することにより、加圧部材６を低温に保つことが可能な構造としてもよい。さらには、加圧部材６の内部に冷却パイプを埋設し、その内部に適切な冷媒を循環させて加圧部材６を冷却してもよい。ただし、この場合にはそのような冷却を過度に行ったままで石炭層との加圧接触を行うと、実コークス炉の熱履歴とは異なってしまうため、加圧している間は加圧部材６と石炭層との熱のやり取りを適切に調整することが必要となる。 Therefore, while the temperature of the carbonization chamber 1 is raised to a predetermined temperature, the pressure member 3 is not attached to the pressure cylinder 3, and after the temperature is raised to the predetermined temperature, the pressure is applied only when coal is charged into the carbonization chamber 1. What is necessary is just to set it as the structure which can attach the pressurization member 6 to the cylinder 3. FIG. Alternatively, a shielding plate is arranged on the top of the carbonization chamber 1 so that the carbonization chamber 1 and the pressurizing member 6 attached to the pressurizing cylinder 3 can be separated by the shielding plate until the pressurization is required. It is good also as a structure which can keep the pressurization member 6 at low temperature by isolating the pressurization member 6 from the carbonization chamber 1. Further, a cooling pipe may be embedded in the pressurizing member 6 and an appropriate refrigerant may be circulated therein to cool the pressurizing member 6. However, in this case, if the pressure contact with the coal bed is performed with excessive cooling, the heat history of the actual coke oven is different. It is necessary to properly adjust the exchange of heat with the coal bed.
加圧部材が高温である場合、または低温でも十分な断熱性を有していない場合には、石炭装入時に低温状態の介設部材を用いる必要がある。具体的には、炉外において装入待機状態にある石炭層の上面に介設部材を載置し、この介設部材が載置された石炭層を加熱された炉内に装入すればよい。 When the pressurizing member is at a high temperature or does not have sufficient heat insulating properties even at a low temperature, it is necessary to use a low-temperature interposed member when charging coal. Specifically, an interposed member may be placed on the upper surface of the coal bed that is in a charging standby state outside the furnace, and the coal bed on which the interposed member is placed may be charged into a heated furnace. .
なお、乾留が進行して石炭がコークス化するとその上面は平坦でなくなる場合が多く、接触面積が減少した状態で曲げの力が発生する。そのため、加圧するシリンダーに対して大幅に断面積が広がる加圧部材は、加圧応力の１００倍程度、介設部材は加圧応力の１０倍程度の曲げ応力を有することが望ましい。 In addition, when dry distillation progresses and coal is coke, the upper surface of the coal is often not flat, and bending force is generated in a state where the contact area is reduced. For this reason, it is desirable that the pressure member whose cross-sectional area greatly increases with respect to the cylinder to be pressurized has a bending stress of about 100 times the pressure stress, and the interposed member has a bending stress of about 10 times the pressure stress.
加圧部材６または介設部材が石炭層の上面に接触する面積（以下、「接触断面積」という。）は、石炭層の上部からの伝熱を極力防止する観点のみからは炉の断面積と同等であることが望ましいが、炉の水平方向の断面の面積（以下、「炉断面積」という。）と同等であると発生ガスの通気を阻害し、石炭層の乾留に支障をきたすおそれがある。したがって、伝熱防止およびガス通気確保が両立されるように、接触断面積は炉断面積の７０％以上８５％以下であることが望ましい。 The area where the pressurizing member 6 or the interposition member contacts the upper surface of the coal bed (hereinafter referred to as “contact sectional area”) is the sectional area of the furnace from the viewpoint of preventing heat transfer from the upper part of the coal bed as much as possible. However, if the area is equal to the horizontal cross-sectional area of the furnace (hereinafter referred to as the "furnace cross-sectional area"), it may hinder the flow of the generated gas and hinder the dry distillation of the coal bed. There is. Therefore, the contact cross-sectional area is preferably 70% or more and 85% or less of the furnace cross-sectional area so that heat transfer prevention and gas ventilation can be ensured at the same time.
ここで、断熱性を有する加圧部材および／または介設部材（以下、双方を総称して「耐火物」という。）の熱伝導性について説明する。
熱の伝導に関しては、体積V，密度ρ，比熱cで熱の流入出面積Sの物体において、時間Δtの間に物体温度がΔTだけ変化するとした場合、物体の熱量の釣合いを考えると次式（１）が成立する。
Here, the thermal conductivity of the pressurizing member and / or the interposed member having heat insulation (hereinafter collectively referred to as “refractory”) will be described.
Regarding heat conduction, if the object temperature changes by ΔT during the time Δt in the object with the volume V, density ρ, specific heat c and heat inflow / outflow area S, (1) is established.
qは単位時間・単位面積あたりの熱の移動量であり、熱流束と呼ばれる。
つまり、物体側の条件(体積・物性・熱の流入出面積) 一定の下では、熱流束qが大きいほど時間あたりの温度変化（ΔＴ／Δｔ）は大きくなる。石炭層に置き換えて考えると、石炭層に流入するqが大きいほど、昇温が早くなることを示している。
q is the amount of heat transferred per unit time and unit area, and is called heat flux.
That is, under constant object-side conditions (volume, physical properties, heat inflow / outflow area), the temperature change per unit time (ΔT / Δt) increases as the heat flux q increases. When replaced with a coal seam, the larger the q flowing into the coal seam, the faster the temperature rises.
試験炉の石炭層上部では、耐火物を通して石炭層へ熱が移動する。
熱移動のフーリエの法則より、耐火物内の熱流束qは、次式（２）で与えられる。
In the upper part of the coal bed of the test furnace, heat is transferred to the coal bed through the refractory.
According to Fourier's law of heat transfer, the heat flux q in the refractory is given by the following equation (2).
λは耐火物の熱伝導率（単位：Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。熱流束qは通常、高温側を起点として低温側をＹ軸正の方向と置くため、右辺には―(マイナス)が付く。
ここで、仮に耐火物内の温度勾配が厚み方向で一定の場合を考えると、ｄＴは耐火物の低温側表面温度Tlと高温側表面温度Thの差であり、ｄＹは耐火物の低温側表面と高温側表面の距離である厚みとなり、上記式（２）は次の式（３）のように記述できる。
λ is the thermal conductivity of the refractory (unit: W / (m · K)). Since the heat flux q is usually set with the high temperature side as the starting point and the low temperature side as the positive direction of the Y-axis, a minus sign is attached to the right side.
Here, if the temperature gradient in the refractory Consider the case of a constant in the thickness direction, dT is the difference of the low-temperature side surface temperature T l and the hot side surface temperature T h of the refractory, dY low temperature refractory The thickness is the distance between the side surface and the high temperature side surface, and the above equation (2) can be expressed as the following equation (3).
ここで、Lは耐火物の厚みである。
また２種類の材質の異なる耐火物を接触させた場合の両耐火物を通じた熱流束は、次式（４）で与えられる。
Here, L is the thickness of the refractory.
Moreover, the heat flux through both refractories when contacting two refractories of different materials is given by the following equation (4).
ここで、L1およびR1は用いる一方の耐火物の厚みおよび熱伝導率、L2およびR2は他方の耐火物の厚みおよび熱伝導率である。
つまり、用いる物質の熱伝導率とその厚みより求まるRまたはR’が大きいほど、熱流束qは大きくなる。
Here, L 1 and R 1 are the thickness and thermal conductivity of one refractory used, and L 2 and R 2 are the thickness and thermal conductivity of the other refractory.
In other words, the heat flux q increases as R or R ′ determined from the thermal conductivity and thickness of the substance used increases.
そのため、ここでは石炭層上部に接触する部材の熱伝導性に関して、熱伝達係数と同次元の単位を持つ、RないしR’ をその指標（以下、「断熱指標」という。）とする。断熱指標が大きい場合には、耐火物を通じて上部より石炭層へ流入する熱流束qが大きくなり、結果として石炭層の昇温が早くなるため、実炉においてその上部に石炭が存在する炉底部コークスの熱履歴を再現できない。 Therefore, here, regarding the thermal conductivity of the member in contact with the upper part of the coal bed, R to R ′ having the same dimensional unit as the heat transfer coefficient are used as the index (hereinafter referred to as “heat insulation index”). When the adiabatic index is large, the heat flux q flowing into the coal bed from the top through the refractory increases, and as a result, the temperature of the coal bed rises faster. The heat history of cannot be reproduced.
そこで、熱伝導率と厚みを変更して検討した結果、熱伝達係数と同次元である断熱指標を３．８Ｗ／（ｍ２・Ｋ）以下とした場合に、所望とする実炉底部の石炭層の昇温状況を再現可能なことを知見した。 Therefore, as a result of changing the heat conductivity and thickness, when the heat insulation index, which is the same dimension as the heat transfer coefficient, is set to 3.8 W / (m 2 · K) or less, the desired coal at the bottom of the actual furnace It was found that the temperature rise of the bed can be reproduced.
加圧時に加圧部材が低温であって介設部材を必要としない場合（場合１）、または実質的に介設部材のみにより石炭層からの熱を断熱する場合（場合２）には、断熱を担う部材が一種類（場合１は加圧部材、場合２は介設部材）である。これらの場合には断熱指標はＲとなり、このＲが３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）以下となるよう、それぞれの部材について材質と厚みを設定することが望ましい。 When the pressurizing member is low temperature during pressurization and no intervening member is required (case 1), or when heat from the coal bed is substantially insulated only by the intervening member (case 2), heat insulation There is one type of member that bears the pressure (case 1 is a pressure member, case 2 is an interposed member). In these cases, the heat insulation index is R, and it is desirable to set the material and thickness of each member so that this R is 3.8 W / (m 2 · K) or less.
また、加圧時に加圧部材は常温であるが加圧部材の断熱性が不十分であり介設部材を必要とする場合は、断熱を担う部材が加圧部材および介設部材の二種類となる。このため、この場合における断熱指標はＲ’となり、このＲ’が３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）以下となるように、加圧部材および介設部材の材質と厚みを設定することが望ましい。 In addition, when the pressurizing member is at room temperature at the time of pressurization, but the heat insulating property of the pressurizing member is insufficient and an interposed member is required, the member responsible for heat insulation is two types of the pressing member and the interposed member. Become. Therefore, the heat insulation index in this case is R ′, and it is desirable to set the material and thickness of the pressure member and the interposed member so that R ′ is 3.8 W / (m 2 · K) or less. .
すなわち、加圧部材が断熱材としての機能を実質的に有さない場合には、断熱部材についての断熱指標Ｒが３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）以下となることが好ましい。加圧部材および介在部材の双方が断熱材として機能する場合には、双方の部材の包括的な断熱指標Ｒ’が３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）以下となることが好ましい。介設部材が設けられず加熱部材が断熱材として機能する場合には加熱部材についての断熱指標Ｒが３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）以下となることが好ましい。 That is, when the pressurizing member does not substantially have a function as a heat insulating material, the heat insulating index R for the heat insulating member is preferably 3.8 W / (m 2 · K) or less. When both the pressure member and the interposition member function as a heat insulating material, it is preferable that the comprehensive heat insulating index R ′ of both members is 3.8 W / (m 2 · K) or less. When the interposed member is not provided and the heating member functions as a heat insulating material, the heat insulation index R for the heating member is preferably 3.8 W / (m 2 · K) or less.
ただし、高稼働率などで実炉の炉温が高い場合は、試験炉の炉温も高く設定する必要がある。この場合、石炭層上部の耐火物からの伝熱が大きくなり、実炉の石炭層の昇温状況の再現を妨げることに繋がるため、所望とする実炉底部の石炭層の昇温状況を再現可能なように、断熱材の熱伝達係数を３．８Ｗ／（ｍ2・Ｋ）よりも小さく設定して、試験炉の昇温状況を調整することも可能である。 However, when the furnace temperature of the actual furnace is high due to a high operation rate, the furnace temperature of the test furnace needs to be set high. In this case, the heat transfer from the refractory at the top of the coal bed increases, which prevents the temperature rise of the coal bed in the actual furnace from being reproduced, so the desired temperature rise of the coal bed at the bottom of the actual furnace is reproduced. It is also possible to adjust the temperature rise condition of the test furnace by setting the heat transfer coefficient of the heat insulating material to be smaller than 3.8 W / (m 2 · K) as possible.
（実施例１）
本発明の方法に従って、表１に性状を示す実コークス炉供試石炭７１．７ｋｇ（乾重量）を水分６．５％に調整し、幅４１０ｍｍ，長さ５００ｍｍの石炭装入用容器に層高４６０ｍｍで予め充填した。この状態では、嵩密度７６０ｋｇ／ｍ３であった。次に、幅４５０ｍｍ、長さ６００ｍｍの炭化室に容器ごと装入した。続いて、曲げ応力が１０ＭＰaで面積が０．１３５ｍ2である加圧機構先端の加圧部材を用いて、装入された石炭層を１０ｋＰａ以上に加圧して、石炭層の高さを所定の炉内位置に調整することにより、炭化室内の装入された石炭層の嵩密度を８０５ｋｇ／ｍ３へと設定した。なお、この嵩密度は乾重量基準であり、設定された８０５ｋｇ／ｍ３とは、事前の冷間実機大の石炭層の嵩密度測定結果により、調湿炭操業として典型的な水分６．５％操業における実炉底部の石炭層の嵩密度として見積もられた数値である。この８０５ｋｇ／ｍ３に設定された石炭層は、石炭装入用容器へ充填された状態から比較すると、本体枠があるため長さは５００ｍｍのままであるが、加圧部材によって上部から加圧されたことに起因して、幅４１０ｍｍから４５０ｍｍに広がると共に、嵩密度が増加したため、層高が相対的に低くなった。
Example 1
In accordance with the method of the present invention, 71.7 kg (dry weight) of the actual coke oven test coal whose properties are shown in Table 1 was adjusted to a moisture content of 6.5%, and the height of the coal was placed in a coal charging container having a width of 410 mm and a length of 500 mm. Pre-filled at 460 mm. In this state, the bulk density was 760 kg / m 3 . Next, the entire container was charged into a carbonization chamber having a width of 450 mm and a length of 600 mm. Subsequently, using the pressurizing member at the tip of the pressurizing mechanism having a bending stress of 10 MPa and an area of 0.135 m 2 , the charged coal bed is pressurized to 10 kPa or more to set the height of the coal bed to a predetermined level. By adjusting the position in the furnace, the bulk density of the coal layer charged in the carbonization chamber was set to 805 kg / m 3 . This bulk density is based on dry weight, and the set 805 kg / m 3 is a water content of 6.5 which is typical as a conditioning coal operation, based on the bulk density measurement results of a coal layer of a cold actual machine size in advance. It is a numerical value estimated as the bulk density of the coal bed at the bottom of the actual furnace in% operation. The coal layer set at 805 kg / m 3 is 500 mm in length because of the main body frame when compared with the state in which the coal charging container is filled. As a result, the width increased from 410 mm to 450 mm and the bulk density increased, so the layer height was relatively low.
嵩密度の調整後、実炉での石炭層高６から７ｍ程度に相当する上部加圧力１０ｋＰａでの加圧を維持しておき、両側壁に加え底面からも加熱し、石炭層上部にアルミナファイバーの成形物で厚み５０ｍｍ，断面積０．１６５ｍ２，熱伝導率０．１９Ｗ／(ｍ・Ｋ) の断熱材を設置した状態で、２１時間乾留した。 After adjusting the bulk density, pressurization with an upper pressure of 10 kPa corresponding to a coal bed height of about 6 to 7 m in an actual furnace is maintained and heated from the bottom in addition to both side walls. In the state where a heat insulating material having a thickness of 50 mm, a cross-sectional area of 0.165 m 2 , and a thermal conductivity of 0.19 W / (m · K) was installed, it was subjected to dry distillation for 21 hours.
上述したように石炭の存在範囲は、幅４５０ｍｍで、長さが５００ｍｍであるため、試験コークス炉装置の有効断面積（炉断面積）は０．２２５ｍ２である。
乾留に際し、炉底ヒーターの制御温度は、石炭層底部近傍の代表点とした炉底上部１００ｍｍの石炭の昇温状況が実コークス炉の同高さ位置における石炭の昇温状況と同等となるように、９００℃一定とした。また、側壁ヒーターの制御温度は、石炭層上部の代表点とした炉底上部２５０ｍｍの石炭の昇温状況が実コークス炉の同高さ位置の石炭の昇温状況と同等となるように次のように変化させた。最初の１２時間を１０００℃とし、続いて６時間かけて１０００℃から１２００℃へと昇温させ、１２００℃を３時間維持した。
As described above, since the coal exists in a width of 450 mm and a length of 500 mm, the effective cross-sectional area (furnace cross-sectional area) of the test coke oven apparatus is 0.225 m 2 .
During dry distillation, the control temperature of the bottom heater is such that the temperature rise of the coal at the top of the furnace bottom 100 mm, which is the representative point near the bottom of the coal bed, is equivalent to the temperature rise of the coal at the same height position of the actual coke oven. In addition, the temperature was kept constant at 900 ° C. In addition, the control temperature of the side wall heater is set so that the temperature rising condition of the coal at the top of the furnace bottom 250 mm, which is the representative point of the upper coal bed, is equivalent to the temperature rising condition of the coal at the same height position of the actual coke oven. It was changed as follows. The first 12 hours were set to 1000 ° C., then the temperature was raised from 1000 ° C. to 1200 ° C. over 6 hours, and 1200 ° C. was maintained for 3 hours.
排出したコークスケーキは、窒素を用いて酸素を絶った状態で冷却した。
図８は、実コークス炉を用いて実操業条件で石炭層を乾留させたとき、および本発明に係る試験コークス炉装置を用いて実施例１に係る方法で石炭層を乾留させたときのそれぞれについて、各石炭層における炉底部上方１００ｍｍおよび上方２５０ｍｍの位置の昇温状況を計測した結果を示すグラフである。
The discharged coke cake was cooled using nitrogen to remove oxygen.
FIG. 8 shows a case where the coal bed is carbonized under actual operating conditions using an actual coke oven and a case where the coal bed is carbonized by the method according to Example 1 using the test coke oven apparatus according to the present invention. It is a graph which shows the result of having measured the temperature rising condition of the position of 100 mm above the furnace bottom part in each coal bed, and the position of 250 mm above.
図８に示すとおり、実コークス炉においては、炉底面から２５０ｍｍ上部の位置より１００ｍｍ上部の位置における石炭層の昇温が早く、炉底面から顕著に加熱されている。また、本発明である試験コークス炉装置を用いて上述の温度制御を行なうことにより、石炭層の昇温状況を、実炉底部近傍の昇温状況と良く一致させることができた。 As shown in FIG. 8, in the actual coke oven, the temperature of the coal bed at the position 100 mm above the position 250 mm above the furnace bottom is faster, and the coal bed is heated significantly from the furnace bottom. In addition, by performing the above-described temperature control using the test coke oven apparatus according to the present invention, the temperature rise state of the coal bed could be matched well with the temperature rise state near the bottom of the actual furnace.
実コークス炉を用いて実操業条件により乾留させることで得られたコークスケーキにおける炉底部近傍部分をサンプリングし、そのサンプリングされた部分のコークスケーキを、側壁と平行な方向から撮影した正面写真を図３に示す。また、本発明に係る試験コークス炉装置を用いて上記の条件にて乾留させることにより得られたコークスケーキの底部および上部を、側壁と平行な方向から撮影した正面写真を、それぞれ図４および図５に示す。 A front photo of the coke cake near the bottom of the coke cake obtained by dry distillation using an actual coke oven under actual operating conditions was sampled from a direction parallel to the side wall. 3 shows. Moreover, the front photograph which image | photographed the bottom part and top part of the coke cake obtained by carrying out dry distillation on said conditions using the test coke oven apparatus which concerns on this invention from the direction parallel to a side wall is respectively FIG. 4 and FIG. As shown in FIG.
図３〜５に示すとおり、本実施例に係るコークスケーキは、実コークス炉の炉底部近傍より採取したコークスケーキと亀裂の生成方向が良く一致している。
特に、亀裂が炉の底面と側面との接触部から斜め上方にコークスケーキの内部に向かって進展しているのは、炉底部が加熱されているために、この亀裂部における５００℃等温度面が炉壁に平行な面と炉底に平行な面とをつなぐように曲面をなしていたことを示しており、実炉に装入された石炭層が受けた熱履歴を正確に再現することができたことを意味している。
As shown in FIGS. 3 to 5, the coke cake according to this example is in good agreement with the coke cake sampled from the vicinity of the bottom of the actual coke oven in the crack generation direction.
In particular, the crack is progressing obliquely upward from the contact portion between the bottom surface and the side surface of the furnace toward the inside of the coke cake. Shows a curved surface that connects the plane parallel to the furnace wall and the plane parallel to the furnace bottom, and accurately reproduces the thermal history received by the coal bed loaded in the actual furnace. It means that it was possible.
（比較例１）
比較例として、底面のヒーターを使用せず両側壁からのみ加熱する点で実施例１と相違するが、他の点は実施例１と同様に、石炭層上部に断熱材を設置した状態で上部より加圧を行なう条件で、表１に性状を示す石炭を、石炭水分６．５％，嵩密度８０５ｋｇ／ｍ３，上部加圧力１０ｋＰａとして、２１時間乾留した。乾留における側壁ヒーターの温度制御条件は実施例１と同様であり、最初の１２時間を１０００℃とし、続いて６時間かけて１０００℃から１２００℃へと昇温させ、１２００℃を３時間維持する条件であった。排出したコークスケーキは、窒素を用いて酸素を絶った状態で冷却した。
(Comparative Example 1)
As a comparative example, it is different from Example 1 in that it is heated only from both side walls without using the heater on the bottom, but the other points are the same as in Example 1 with the heat insulating material installed on the upper part of the coal bed. Under the condition of further pressurization, the coal having properties shown in Table 1 was dry-distilled for 21 hours at a coal moisture content of 6.5%, a bulk density of 805 kg / m 3 , and an upper pressure of 10 kPa. The temperature control condition of the side wall heater in the carbonization is the same as in Example 1. The first 12 hours is 1000 ° C., then the temperature is raised from 1000 ° C. to 1200 ° C. over 6 hours, and 1200 ° C. is maintained for 3 hours. It was a condition. The discharged coke cake was cooled using nitrogen to remove oxygen.
本比較例では炉底ヒーターを稼動しないため、炉底ヒーター制御用熱電対（炉底ヒーターの温度をフィードバック制御するために炉底ヒーター近傍に取り付けられた熱電対）は炉底ヒーター近傍の炉底の煉瓦からの輻射熱によって加温された炉底ヒーターの温度を示す。この熱電対の測温結果は、初期７６０℃であって、石炭装入後に徐々に６００℃まで低下した後、排出に向けて徐々に回復し、排出時には７１０℃程度となった。したがって、炉底の煉瓦もこの熱電対と同様の温度変化をしているものと推測される。 In this comparative example, since the furnace bottom heater is not operated, the thermocouple for controlling the furnace bottom heater (the thermocouple attached in the vicinity of the furnace bottom heater for feedback control of the temperature of the furnace bottom heater) is the furnace bottom near the furnace bottom heater. Shows the temperature of the bottom heater heated by the radiant heat from the brick. The thermocouple temperature measurement result was initially 760 ° C., gradually decreased to 600 ° C. after charging the coal, gradually recovered toward discharge, and reached about 710 ° C. at the time of discharge. Therefore, it is presumed that the brick at the bottom of the furnace also has the same temperature change as this thermocouple.
図９に、比較例１に係る方法で石炭層を乾留させたときの石炭層内温度（２箇所）の履歴を、実操業条件で乾留させたときの石炭層内温度（２箇所）の履歴とともに示す。図９に示されるように、底面のヒーターを使用しない場合には、炉底面から１００ｍｍ上部の位置の昇温が実炉に対して著しく遅れる。 FIG. 9 shows the history of the coal bed temperature (2 locations) when the coal bed is carbonized by the method according to Comparative Example 1, and the history of the coal bed temperature (2 locations) when the coal bed is carbonized under actual operating conditions. Shown with. As shown in FIG. 9, when the bottom heater is not used, the temperature rise at a position 100 mm above the furnace bottom is significantly delayed with respect to the actual furnace.
また、比較例１の方法で石炭層を乾留することにより得られたコークスケーキの底部を、側壁と平行な方向から撮影した正面写真を図６に示す。図６に示されるように、炉底面からのヒーターを使用しない場合には亀裂の角度が小さく、実コークス炉から得られたコークスケーキをサンプリングしたもの（図３）と亀裂の角度の乖離が大きい。したがって、比較例１の方法では実コークス炉の炭化室底部のコークスケーキを再現できないことが確認された。 Moreover, the front photograph which image | photographed the bottom part of the coke cake obtained by dry-distilling a coal bed with the method of the comparative example 1 from the direction parallel to a side wall is shown in FIG. As shown in FIG. 6, when the heater from the bottom of the furnace is not used, the crack angle is small, and the difference between the crack angle and the sample of the coke cake obtained from the actual coke oven (FIG. 3) is large. . Therefore, it was confirmed that the method of Comparative Example 1 cannot reproduce the coke cake at the bottom of the carbonization chamber of the actual coke oven.
この理由は以下のように考えられる。炉底面の温度が高い場合に比べると、炉底面の温度が低い場合には、５００℃等温度面は炉底部近傍に至るまで炉壁面と平行に位置することになり、結果として炉底近傍の亀裂の、炉底面に対する角度は小さくなるためである。 The reason is considered as follows. Compared with the case where the temperature at the bottom of the furnace is high, when the temperature at the bottom of the furnace is low, the 500 ° C. isothermal surface is positioned in parallel with the furnace wall until reaching the vicinity of the bottom of the furnace. This is because the angle of the crack with respect to the furnace bottom surface becomes small.
（比較例２）
乾留中に石炭層の上部に断熱材を敷設しなかった場合の比較例として、実施例１と同様に両側壁および底面から加熱するものの、石炭層の上部に断熱材を設置しない状態で上部より加圧を行なう条件で、表1に性状を示す石炭を、石炭水分６．５%，嵩密度８０５ｋｇ／ｍ３，上部加圧力１０ｋＰａで２１時間乾留した。乾留における炉底ヒーターおよび側壁ヒーターの温度制御条件は実施例１と同一とした。排出したコークスケーキは、窒素を用いて酸素を絶った状態で冷却した。
(Comparative Example 2)
As a comparative example when the thermal insulation material is not laid on the upper part of the coal bed during dry distillation, it is heated from both side walls and the bottom as in Example 1, but from the upper part without installing the thermal insulation material on the upper part of the coal bed. Under the conditions of pressurization, the coals whose properties are shown in Table 1 were dry-distilled for 21 hours at a coal moisture content of 6.5%, a bulk density of 805 kg / m 3 , and an upper pressure of 10 kPa. The temperature control conditions for the bottom heater and the side wall heater in the dry distillation were the same as those in Example 1. The discharged coke cake was cooled using nitrogen to remove oxygen.
図１０に、比較例２に係る方法で石炭層を乾留させたときの石炭層内温度（２箇所）の履歴を、実操業条件で乾留させたときの石炭層内温度（２箇所）の履歴とともに示す。図１０に示されるように、石炭層の上部に断熱材を敷設しない場合には、炉底面から２５０ｍｍ上部の位置の昇温が実炉に対して早くなる。これは、上部からの断熱が不十分のため、上部空間から多量の熱が石炭層に流入するため、石炭層の内部の昇温速度が高まったものと推測される。 FIG. 10 shows the history of the coal bed temperature (2 locations) when the coal bed is carbonized by the method according to Comparative Example 2, and the history of the coal bed temperature (2 locations) when the coal bed is carbonized under actual operating conditions. Shown with. As shown in FIG. 10, in the case where a heat insulating material is not laid on the upper part of the coal bed, the temperature rise at a position 250 mm above the furnace bottom is faster than that of the actual furnace. This is presumably because the heat-up rate inside the coal bed was increased because the heat insulation from the upper part was insufficient and a large amount of heat flowed into the coal bed from the upper space.
本比較例に係る条件で乾留することにより得られたコークスケーキの上部を側壁と平行な方向から撮影した正面写真を図７に示す。上部断熱を実施しない場合には、上部からの加熱によってコークスケーキ上部に生成する亀裂の角度が異なり、上部断熱を行わない場合には実コークス炉の炭化室底部のコークスケーキを再現できていないことが分かる。 FIG. 7 shows a front photograph of the upper part of the coke cake obtained by dry distillation under the conditions according to this comparative example, taken from a direction parallel to the side wall. When top insulation is not implemented, the angle of cracks generated at the top of the coke cake differs due to heating from the top, and when top insulation is not performed, the coke cake at the bottom of the carbonization chamber of the actual coke oven cannot be reproduced. I understand.
１：炭化室
２：炉蓋
３：加圧シリンダー
４：固定架台
５：ロードセル
６：加圧部材
７：側壁部ヒーター
８：炉底部ヒーター
９：本体枠
１０：側面鉄板
1: Carbonization chamber 2: Furnace lid 3: Pressurizing cylinder 4: Fixed mount 5: Load cell 6: Pressurizing member 7: Side wall heater 8: Furnace bottom heater 9: Body frame 10: Side iron plate
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