JP5605129B2 - コークス炉におけるコークス押出負荷の推定方法 - Google Patents
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Description
また、建設されて30年以上が経過して炉体の老朽化が進展しているコークス炉も増えており、そのような長期間稼動しているコークス炉の炭化室では、炉壁や炉底で損傷(凹凸、煉瓦角欠け、表面肌荒れ、等)が数多く認められる。
そのため、操業条件の変化によってコークスケーキと炉壁面との隙間が小さくなったり、炉壁の損傷などにより局所的に炉壁の強度が低下していると、押出しに必要な力が押出し機の能力を上回ったり、押出し中に炉壁煉瓦が破孔するなど、大きなトラブルにつながる可能性が著しく増大している。
したがって、炭化室からコークスケーキを押出すのに必要な力や炉壁に作用する荷重(炉壁押し圧)を事前に評価し、押出し機や炭化室の炉壁に過度の荷重が付加されないようにすることがより重要になっている。
この技術では、炭化室の炉壁面を複数の領域に区分けし、炭化室の炉壁面のプロファイルから、区分けした領域に凹凸がある場合に、コークスの押出し時に、その凹凸によってコークスが受ける局所的な抵抗を、局所抵抗指数として指標化し、導出した局所抵抗指数を集計して炭化室の炉壁面全体における抵抗指数を導出し、予め求められた抵抗指数と押出負荷との関係からコークスケーキの押出負荷を求めるようにしている。
その結果、長期稼働のコークス炉炭化室の炉底面には、炉底煉瓦の肌荒れ(微小凹凸)や煉瓦の欠損が数多く認められた。炉底に肌荒れによる微小凹凸が存在すると、コークス塊表面と炉底面の間の摩擦力が増大するため、それがコークスケーキの押出し力を増加させる原因になっていることが予想された。
図4に、特許文献1に記載されているような炉壁面診断補修装置によって得られた、コークス炉炭化室の炉底プロファイルの一例を示すが、炉底面に健全な煉瓦基準面(縦軸の原点)からの高さ又は深さが6mm以下の微小凹凸や欠損の存在が認められる。
従来、炉底の微小凹凸がコークスケーキの押出し力に与える影響を定量的に評価する手法は開示されていない。
そこで、炉底の耐火煉瓦表面の微小凹凸を模擬的に再現した底部材を作成し、これを前述の押出負荷測定装置に取り付けて、底部材の表面粗さの程度(粗度)がコークス押出し時の摩擦係数に与える影響について調べた。
そして、前述の炉底面診断補修装置で得られた炉底面の表面プロファイルより、炉底面に存在する微小凹凸領域の表面波形Paを求め、予め求めておいた表面波形Paと摩擦係数との関係を用いて、炉底の微小凹凸領域の摩擦係数を求め、その摩擦係数から、微小凹凸に由来するコークス押出負荷に対する影響を推定するようにして上記課題を解決した。
(1) 炭化室の炉底に相当する底部材に、表面粗さを表す表面波形Paが1000μm以下の微小凹凸が形成された押出負荷測定装置を用いて試験用コークスケーキの押出し試験を行い、前記試験用コークスケーキが前記微小凹凸上を移動するときのコークス押出し力を測定し、測定されたコークス押出し力に基づいて、実コークス炉炭化室の炉底煉瓦表面に存在する、表面粗さを表す表面波形Paが1000μm以下の微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を推定する方法であって、
前記測定されたコークス押出し力に基づいて試験用コークスケーキと底部材との間の摩擦係数を求め、該摩擦係数と前記底部材の微小凹凸の表面粗さを表す表面波形Paとの関係を予め求めておき、
実コークス炉炭化室における炉底のプロファイル情報から、該炉底に存在する前記微小凹凸領域の表面波形Paを求め、
得られた実コークス炉の表面波形Paから、前記予め求めておいた表面波形Paと摩擦係数との関係に基づいて、実コークス炉炭化室における前記炉底の微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を求めることを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
(2) 前記押出し試験において、試験用コークスケーキに作用する押出し力に対抗する反力の値を変化させることにより、実コークス炉炭化室の炉底における前記微小凹凸領域の炉長方向の存在位置と関連して表面波形Paと前記摩擦係数との関係を予め求めておき、
前記炉底のプロファイル情報から、さらに前記微小凹凸領域の炉長方向の存在位置を求め、
前記予め求めておいた微小凹凸領域の炉長方向の存在位置に関連した表面波形Paと摩擦係数との関係に基づいて、実コークス炉炭化室の炉底に存在する微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を推定することを特徴とする上記(1)に記載のコークス押出負荷の推定方法。
(3) 上記(2)に記載の方法により推定された炉底の炉長方向における微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を、炉壁の凹凸情報に基づいて推定された押出負荷に加算することを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
なお、本発明において、微小凹凸は、表面波形Paが1000μm以下のものをいい、微小凹凸領域とは、図5に示すような、炉底面を複数の領域に分画した各領域において、微小凹凸を有する領域をいう。
コークス炉の炭化室からコークスケーキを押出す際に、炉底煉瓦に肌荒れ(微小凹凸)が存在すると、コークス塊表面と炉底面の間の摩擦力が増大し、それにともなってコークスケーキの押出し力が増大する。そのため、微小凹凸による摩擦力に対する影響を評価することが必要である。
図3に、押出負荷の測定に用いた測定装置とその装置による測定試験の概略を示す。
実コークス炉では炭化室のPS(押出し機側)からCS(コークガイド車側)に行くにしたがって、炉幅が徐々に広がるテーパー構造となっている場合があり、PSからCSにかけて炉長方向にコークスケーキ内を伝達する力(または、圧力)が減少する。あるいは、炉幅がテーパー構造となっていない場合でも、押出し力の一部は炉壁方向に分散することにより、コークスケーキ内を伝達する力が同様に減少する。この炉長方向の位置の違いによるコークスケーキに作用する力(または、圧力)の違いを擬似的に再現するために、炉長方向の位置を想定した反力を付加するようにしている。
本試験では、底部材3の素材として、多孔質カーボン、珪石煉瓦、サンドブラスト処理した珪石煉瓦、錆御影敷石 、およびビシャン加工した御影石の5種類を用いたが、コークス炉炭化室の炉底の表面状態を再現できるなら、どのような材料でも良いことは言うまでもない。
そこで、表面粗さ指数として、断面曲線の算術平均高さで定義される表面波形Paを選択し、JIS法の定義(JIS B0601:2001)に準拠する方法で測定した。すなわち、多孔質カーボンと珪石煉瓦は触針式の測定法を用い、残りは、レーザ距離計を用いた非接触式の測定法を用いて測定した。
底部材に用いた上記素材の表面波形Paの測定値を表1に示す。
ここで、空隙を設けるのは、実コークス炉では、乾留中に、コークスが炉幅方向に収縮することにより、炉壁面とコークスとの間に隙間が形成されるためである。この空隙量の値は特に規定するものではないが、実コークス炉でのコークスと片側の炉壁との空隙量の代表的な値が2.5mm程度であることから、コークスのそれぞれの側に、2.5mm程度ずつ、空隙を設定することが例示できる。
また、用いる錘の質量は、コークスケーキの嵩密度と実コークス炉で想定しているコークスの高さにより設定することができる。
押出しの開始後、コークスケーキ1は、押力Fpの力によって移動する。その際に、各ロードセルにより押力Fp、反力Frのそれぞれを連続的に測定する。
そして、コークス押出し力Ftを用いて、コークスケーキを押し出すときの静止摩擦係数γを、次の式(1)から求める。
γ=Ft/(gW) ・・・(1)
なお、Wはコークスケーキの質量とコークスケーキの上部に載置した錘の質量の合計質量であり、gは重力加速度である。
なお、図1において、横軸の表面波形Paは、その値が大きいほど、表面が粗いことを意味する。また、図中の符号は、1:多孔質カーボン、2:珪石煉瓦、3:サンドブラスト処理した珪石煉瓦、4:錆御影敷石 、5:ビシャン加工した御影石をそれぞれ示している。
得られた測定値を基に、底部材ごとの摩擦係数を求め、所定面積あたりの微小凹凸領域について、その表面波形Paと摩擦係数との関係を、その微小凹凸領域の炉底面内の炉長方向の存在位置と関連させて求めておく。
例えば図5に示すように、炉底面を複数の領域に分画し、区画ごとに炉底プロファイルの測定データから表面波形Paを算出し、予め求めておいた表面波形Paと静止摩擦係数との関係に基づき、該区画ごとの静止摩擦係数γ(p,q)を求める。次いで、区画ごとに(2)式を用いてコークスケーキ表面と炉底との間に作用する摩擦力fsを計算する。
fs(p,q)=gγ(p,q)W ・・・(2)
なお、Wは各区画において、炉底面に掛かるコークスケーキの質量、gは重力加速度である。
これに対して、上述したように、本発明法で求められる炉底の微小凹凸による押出負荷の影響を加算すれば、コークス押出負荷の予測精度をより一層向上させることができ、前記のような操業上のトラブルが発生する可能性を低下させることができる。
2 支持台
3 底部材
4 押出し側当て板
5 受け側当て板
6 上部錘
7、8 側壁部材
Fp 押力
Fr 反力
Fs コークスケーキが炭化室の炉底面全体から受ける摩擦力
Fw1、Fw2 壁押し力
g 重力加速度
W 試験用コークスケーキの質量と上部に載置した錘の質量の合計質量
Claims (3)
- 炭化室の炉底に相当する底部材に、表面粗さを表す表面波形Paが1000μm以下の微小凹凸が形成された押出負荷測定装置を用いて試験用コークスケーキの押出し試験を行い、前記試験用コークスケーキが前記底部材の微小凹凸上を移動するときのコークス押出し力を測定し、測定されたコークス押出し力に基づいて、実コークス炉炭化室の炉底煉瓦表面に存在する、表面粗さを表す表面波形Paが1000μm以下の微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を推定する方法であって、
前記測定されたコークス押出し力に基づいて試験用コークスケーキと底部材との間の摩擦係数を求め、該摩擦係数と前記底部材の微小凹凸の表面粗さを表す表面波形Paとの関係を予め求めておき、
実コークス炉炭化室における炉底のプロファイル情報から、該炉底に存在する前記微小凹凸領域の表面波形Paを求め、
得られた実コークス炉の表面波形Paから、前記予め求めておいた表面波形Paと摩擦係数との関係に基づいて、実コークス炉炭化室における前記炉底の微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を求めることを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。 - 前記押出し試験において、試験用コークスケーキに作用する押出し力に対抗する反力の値を変化させることにより、実コークス炉炭化室の炉底における前記微小凹凸領域の炉長方向の存在位置と関連して表面波形Paと前記摩擦係数との関係を予め求めておき、
前記炉底のプロファイル情報から、さらに前記微小凹凸領域の炉長方向の存在位置を求め、
前記予め求めておいた微小凹凸領域の炉長方向の存在位置に関連した表面波形Paと摩擦係数との関係に基づいて、実コークス炉炭化室の炉底に存在する微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を推定することを特徴とする請求項1に記載のコークス押出負荷の推定方法。 - 請求項2に記載の方法により推定された炉底の炉長方向における微小凹凸領域に起因するコークス押出負荷を、炉壁の凹凸情報に基づいて推定された押出負荷に加算することを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
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