JP5994978B2 - コークス炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の操業方法に関し、特にコークスケーキの押出し時に観察される炉高方向（炉天井方向）への該コークスケーキの盛り上がりに伴う突き上げ詰りの防止に対して有効なコークス炉の操業方法を提案する。

コークス炉は、炭化室内に装入した石炭を、隣接する燃焼室から供給される熱により乾留することでコークスを製造する炉である。こうして製造されたコークスは、その後、図１に示す炭化室Ｒの長さ方向（炉長方向）の両端に設置された炉扉Ｄ_１、Ｄ_２を開扉した後、一方（マシンサイド：ＭＳ側）の開口から赤熱状態のコークスケーキＣｃの側端面を押出機Ｐを使って押し込み、他方（コークスサイド：ＣＳ側）の開口から該コークスケーキを外部に押出して製品としている。

こうしたコークス炉の操業では、炭化室内にあるコークスケーキを押出す際、炉壁の状況や石炭の乾留状況（収縮）の如何によっては生成したコークスケーキの排出が困難となって閉塞する、いわゆる押詰りという現象を発生する。この押詰りが発生した場合、炉壁の損傷が拡大したり生産スケジュールの変更に伴うコークス生産性低下を余儀無くされるため、コークスケーキの押出し性を向上させることはコークス炉の操業において極めて重要である。

ところで、炭化室内コークスケーキの押出し性を支配する因子としては、乾留後に生成するコークスケーキの炉幅方向の収縮量や押出し中のコークスケーキの変形量、炉壁の状態（付着物や崩壊等）、コークス性状の安定性などが考えられる。乾留後コークスケーキは、一般に、内部の揮発分の離脱により炉幅方向および炉高方向に対してそれぞれ収縮することが知られている。これにより、例えば、炉壁とコークスケーキ側壁表面との間に隙間（クリアランス）が生じて円滑な押出しが可能になるが、それでもなお前記押詰りというトラブルが発生する。その主な原因は、コークスケーキと炉壁および炉床との間の抵抗が大きくなる場合である。

この点について、押出し中のコークスケーキは、押出機の押出しラムにより加圧圧縮されると荷重を受けない炉幅方向に広がり（例えば、非特許文献１および２参照）、その結果、炉壁に接触して荷重を発生することになる。コークスケーキが炉壁に接触して発生するこのような荷重については、コークスケーキ中に存在する亀裂量の影響が大きいことが知られている。このようにして起こる炭化室内でのコークスケーキの押詰りは、該ケーキの炉幅方向における収縮量と押出し時の該ケーキの炉幅方向への広がり程度との兼ね合い、つまりはコークスケーキと炉壁との間で生じる抵抗に起因する場合が大半である。

こうした観点から、従来、コークスケーキの押出し性を改善する方法についての種々の提案がある。例えば、特許文献１では、複数銘柄の原料炭の配合において、各単味炭の膨張圧をあらかじめ測定し、得られた各単味炭の膨張圧および各単味炭の配合割合から、単味炭の膨張圧を荷重平均し、これがコークス炉の許容限界圧以下にするように配合割合や配合銘柄を調整する方法を提案している。また、特許文献２では、複数銘柄の原料炭の配合過程において、配合炭を構成する各単味炭のビトリニットの平均反射率と、配合率に基づいて求められる配合炭の平均反射率とから推定したコークスの収縮率を用いてコークスケーキの押出し性を推定する方法を提案している。

ところで、コークスケーキの押詰りによる押出し不良の現象としては、コークスケーキと炉壁との抵抗に起因する上述した「押詰り」の他に、押出し時にコークスケーキが上方（天井方向）に盛り上がり、やがて天井にまで達して閉塞する例、いわゆる「突き上げ詰り」がある。

従来、前者の側壁起因の“押詰り”現象については、コークスケーキを押出す際の抵抗を表わす押出しラムにかかる押出し電流値を管理することで防止する方法などが知られている。この方法は、図２に示すように、炉壁れんがの変形や崩落などに起因した押詰りが起こる場合、前回押出し電流値が、正常押出し時（前回）の電流値に比べて大きくなるという、押詰りの予兆が現われることを利用する技術である。しかし、図３に示すような、いわゆるコークスケーキの前記“突き上げ詰り”の場合には、事前に、炉壁との摩擦抵抗の増大による押出し電流値の増加という押詰りの予兆に相当する現象は現われないのが普通である。

コークスケーキの一部が天井に接触して起こる前記突き上げ詰りについては、炉壁れんがの張出しや壁面へのカーボンの付着、成長、あるいはコークスの細粒化によるコークスケーキ破壊などの要因も考えられるが、本当の原因についてはなお不明である。それ故に、該突き上げ詰りを予測する有効な技術は今のところ確立されていないのが実情である。そのため、現在のコークス炉の操業では、コークスケーキの突き上げ詰りが発生しないように予め石炭の装入量を抑制しておき、コークスケーキ頂部と炭化室天井との間の空間距離を十分に確保することで対応している。

また、かかる突き上げ詰り発生メカニズムについては、上述した物理的な要因の他、炭化室内における石炭の乾留が不十分となり、該ケーキの構造が脆弱かつ該ケーキの炉高方向における収縮量が不十分になるという化学的な要因も考えられる。例えば、石炭の乾留温度を６００℃〜９００℃という中低温とした場合のコークス強度を観察すると、コークスの強度は乾留温度の低下に伴って低下することが知られている（非特許文献３）。即ち、乾留不足は押出し時のコークスケーキの崩れやすさを助長すると考えられる。

こうしたコークス乾留不足の対策としては、従来、コークス炉炭化室内への装入量の分布制御法が提案されている。例えば、特許文献３では、側壁起因の押詰り対策として、コークス炉内におけるれんがの凹凸状況に応じて、炭化室炉長方向の石炭装入量分布を調整する方法で対処している。ただし、この提案の場合、炭化室の炉壁が損傷したとき、炭化室の炉長方向あるいは炉高方向の温度制御が困難となって乾留ムラが生じ、ひいてはコークスケーキの収縮量が局所的に小さくなる他、炉壁の凹凸自体の物理的な抵抗によって、押詰りを完全に防ぐことはできない。

また、特許文献４では、燃焼室の炉長方向の温度偏差による排出側（コークスサイド）での乾留不足を防ぐために、ベルトコンベア搬送速度の調整により排出側に装入する石炭の粒径を小さくするという方法を提案している。この場合において、排出側の石炭の粒径を小さくする理由としては、炭化室の排出側近傍におけるコークス収縮量を増大させ、押出し時の抵抗を減らすためであるとしている。

しかしながら、特許文献３および４はいずれも側壁起因の押詰りを回避するために、コークスケーキと炉壁との摩擦を低減させるための方法であって、炉高方向への盛り上がりによる天井に達する突き上げ詰りの防止方法を提案するものではない。

特開平６−２１２１６４号公報 特開平２００６−２４９１７４号公報 特開２００５−３６０２１号公報 特開２０１１−５２１７３号公報

西岡ら著：「コークスサーキュラー」、Ｖｏｌ．３５、１９８６年、ｐ．２１−２８ 渡壁ら著：「鉄と銅」、Ｖｏｌ．８４、１９９８年、ｐ．１６５−１７０ 岩切治久；「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７８（８）、１９９２年、ｐ．４０−４７

上述したように、例示した従来技術はいずれも炭化室内天井へのコークスケーキの突き上げ詰りを防止するための方法ではない。しかしながら、コークスケーキ高さは多くの場合、ケーキ自体の脆弱性、その他の原因により現在および将来の高さが変動するのが普通であり、少なくとも将来に向けて何らかの対策を講じることが必要である。

そこで、本発明の目的は、従来技術や現状の状況に鑑み、コークスケーキの盛り上がりに伴う突き上げ詰りを、生産量の低下などを招くことなく防ぐためのコークス炉の操業方法を提案することにある。

従来技術が抱えている上述した課題を解決し、上掲の目的を実現するための方法について検討した結果、発明者らは、コークス炉の炭化室内コークスケーキの高さに応じて、コークスケーキの押出しの可否を決定するコークス炉の操業方法において、少なくともマシンサイドから２番目の石炭装入口部における、炭化室内の天井下面高さと、乾留終了後コークスケーキ押出し前のコークスケーキ頂面高さとの差である限界間隔が、突き上げ詰りが予想される限界間隔よりも大きいときは、押出機による押出しをそのままスタートさせ、前記限界間隔よりも小さいときは、押出機の運転を一時停止してコークスケーキの収縮を待って押出しの再開を行なうことが有効な手段であることをつきとめた。

なお、本発明に係る上記コークス炉の操業方法において、前記突き上げ詰りが予想される限界間隔は、６００ｍｍ以上とすることがより有効な解決手段である。

上述したような構成を有する本発明に係るコークス炉の操業方法によれば、コークス炉の各炭化室の特徴に応じ、現在ならびに将来に亘って突き上げ詰りを招くことなく生成コークスケーキの円滑な押出し作業ができるようになり、ひいてはコークス炉の安定操業と生産性の向上とが期待できる。
また、本発明によれば、各炭化室の押出し特性を阻害しない乾留をするための適切な石炭装入量の推定が可能になり、コークスケーキの突き上げ詰りの回避をより確実に果たすことができるようになる。

押出し前のコークス炉炭化室内の一般的な状態を示す断面図である。 通常（側壁起因）の押詰り発生時における、コークスケーキ押出し中の押出し電流値の例を示す図である。 突き上げ詰り発生時のコークスケーキ押出し中の押出し電流値の例を示す図である。 本発明方法に従いコークスケーキ高さを測定する方法の概略説明図である。 本発明で使用するコークスケーキ高さを測定するための測定装置の正面図および斜視図である。 本発明で使用する測定装置の具体例であるマイクロ波距離計の断面図である。

本発明は、コークス炉の炉内側壁や炉内底面の変形や崩壊、各種成分の付着、その成長等に起因する炉幅方向で起こる障害である従来の“押詰り”とは異なる、いわゆる炉高方向の特に天井との間で起こる障害、即ち“突き上げ詰り”を防止するための方法を提案する。つまり、押詰り解消のためには、その原因である炉側壁面や炉底面の処理が有効となるが、突き上げ詰りは、上記の炉側壁面や炉底面の処理だけでは不十分であり、むしろコークスケーキの盛り上がり量に応じて押出しを決定するか、もし押出しができない場合は、一時中断してコークスケーキのより一層の収縮を待って押出しの再開を行なうと共に、次回以降の押出しのために、操業条件等から将来の突き上げ詰りを予想して石炭（配合炭）装入量の減量調整を行なうことこそが有効になると考えられる。

図４は、コークスケーキ高さの測定位置を示すものである。コークスケーキ高さｈは、コークス炉炉頂部の石炭装入口Ｇ_１〜Ｇ_４の蓋を取り外し非接触式のマイクロ波距離計Ｍ_１〜Ｍ_４を設置し、このマイクロ波距離計Ｍ１〜４の底部より照射されるマイクロ波によりコークスケーキ頂面とマイクロ波距離計との間隔（距離）Ｘを非接触で測定する。石炭装入口直下のコークスケーキ高さｈは、マイクロ波距離計とコークスケーキ頂面との距離Ｘを当該コークス炉の炉内底面から炉項外面（距離計下端面）までの距離Ｈから差し引くことにより求めることができる。また、コークスケーキ頂面と、コークス炉天井との空間高さＸｓは、Ｘから天井れんが厚みｔを引くことで求められる。なお、距離Ｘは上部から棒を差し込む方法で測定してもよい。

表１は、コークス炉１炉団を対象としてコークスケーキ高さｈを測定し、測定したコークスケーキ高さから算出した炭化室内の天井下面高さと、コークスケーキ最上部（頂面）高さとの差である空間高さ、即ち、限界間隔Ｘｓの炉団内の比率および該限界間隔Ｘｓにおける突き上げ詰り発生率を示す。表１に示すとおり、突き上げ詰りの発生率は限界間隔Ｘｓが３００〜４００ｍｍおよび４００〜５００ｍｍの場合に高くなることがわかる。そのため、この場合、乾留後に生成するコークスケーキ高さ（最大高さ）ｈについては、前記空間高さ、即ち、限界間隔（Ｘｓ）として６００ｍｍ以上を確保できる高さとすることが、将来の突き上げ詰りを確実に回避する上で望ましいといえる。

次に、本発明に係るコークスケーキの突き上がり量を測定するための装置について説明する。本発明では、運搬（移動）可能な耐熱型非接触式の測定装置を各装入口に設置して用いる。図５は、測定装置の具体例であるマイクロ波距離計Ｍの外観を示す正面図および斜視図であり、図６は、該マイクロ波距離計Ｍの部分断面図である。これらの図に示すコークスケーキ突き上がり量の測定装置、即ちマイクロ波距離計Ｍは、コークス炉炭化室Ｒ内の室温が通常、１０００℃程度まで上昇することから、全体として耐熱構造にすることが必要である。

そのために、該マイクロ波距離計Ｍは、炭化室Ｒ内から受ける高温輻射熱への対策のために、断熱底板１を設けて遮断する構造としてある。具体的には、酸化物系や窒化物系などセラミックスなどからなる断熱底板１の上に、全体として円筒状で上部がドーム形をしているステンレス鋼製のマイクロ波発生器本体２であるアンテナを設置した構成が好ましい。また、該マイクロ波発生器本体（アンテナ）２の主として下部、より好ましくは略その全体が断熱シート３にて覆われ全体的に遮熱できる構造とする。即ち、該測定装置（下記フレキシブルホースを含む）全体が装入口Ｇを通じて炭化室Ｒ内から上昇してくる火炎や高熱粉塵から保護できるように構成される。

前記マイクロ波発生器本体２は、内部が中空のドーム部２ａ頂部の内側にマイクロ波発・受信器４ａを備えると共に、ドーム部２ａ頂部の外側にはセンサ４ｂを備えた構成となっている。そして、そのセンサ４ｂにて受信したマイクロ波の信号が、離間した外部位置にあるコントローラ５と記録媒体兼計算機６に出力されるように構成されている。なお、該センサ４ｂとコントローラ５および計算機６とはケーブルを保護するためのフレキシブルホースにて接続されている。

なお、このマイクロ波発生器本体２のドーム部２ａには、必要に応じて１以上の冷風取入れ孔２ｈが開口させ、この冷風取入れ孔２ｈより、ドーム部２ａ内部に冷風を導入して前記マイクロ波発・受信器４ａを冷却できるようにすることが好ましい。また、前記断熱底板１には高さと水平度を調節するための複数個の調節ボルト７を設けること、さらには図示を省略したが移動用キャリアを設けてもよい。

上述したように、本発明に係る測定方法に実施に用いマイクロ波距離計Ｍの前記センサ４ｂは、断熱シート３にて被覆されたケーブルを介して外部のコントローラ５に接続されており、さらに、計算機（ＰＣ）６等の端末と接続することで、炭化室Ｒ内コークスケーキＣｃ頂部までの距離および該測定装置のドーム内温度の経時変化をモニタリングすることが可能である。特に、本発明の測定装置によれば、前記マイクロ波発・受信器４ａから照射されるマイクロ波により、コークスケーキＣｃ頂部と測定装置までとの距離（または天井までの距離）の瞬間値が非接触で正確にかつ連続的に測定できる。

前記測定装置による実際の測定に当たっては、乾留終了後、押出しの前にまず、コークス炉の各炭化室天井に複数個存在する装入口Ｇを塞いでいる装入蓋のうち測定位置のものを取外し、前記マイクロ波距離計Ｍをその装入口Ｇ上に設置し、コークスケーキＣｃ頂面に向けてマイクロ波を照射することにより、コークスケーキ高さ（炉底内面からケーキ最高頂部）の距離ｈを求める。

このようにして装入口直下のコークスケーキ高さｈが求められるが、引き続き各装入口直下のコークスケーキ頂部と天井との間隔Ｘｓを算出する。このＸｓが突き上げ詰りを引き起こさない所定の間隔、即ち、限界間隔（Ｘｓ）以上であれば、そのまま押出し作業を続ける。例えば、ある炭化室に関して、四つの装入口Ｇ１〜Ｇ４直下のコークスケーキ高さｈのうち、この限界間隔が６００ｍｍ以下の値を示すものが一つでもある場合、乾留不足による突き上げ詰りの危険性が想定されるため、少なくとも次回の装炭量を減らす必要があると共に、その限界間隔Ｘｓがさらに６００ｍｍ以下の場合には、押出機によるコークスケーキの押出しを中止し、該コークスケーキの収縮を待ってから再開する。

なお、コークスケーキ盛り上がり現象とコークスケーキ高さ測定位置については、次のようなことが言える。一般に、コークスケーキを押出す際、押出機の押出しラムがコークスケーキに接触後、１〜２ｍ進行したところからコークスケーキ全体が動き出すことから、コークスケーキが動き始めるまでの押出しラム移動距離が短い場合、コークスケーキの崩れは小さく、動き出すときの電流値も低い値となる。一方、コークスケーキが動き始めるまでの押出しラム移動距離が長い場合、それだけコークスケーキが崩れて上部へ盛り上がりやすくなる。

こうしたコークスケーキの盛り上がり現象は、押出しラムに近い部分で起こるため、マシンサイド側のものからもうひとつ内側の装入孔（４ホールの場合であれば＃２装入孔）で観察するのが好ましい。しかしながら、マシンサイド側の＃１装入孔でのコークスケーキレベルが高い場合ほど、＃２装入口付近ではコークスケーキが盛りあがって天井に到達する可能性が高くなるため、マシンサイド側の装入孔＃１およびその次までの合計２個の装入孔で測定するのが好ましい。

ただし、コークスケーキ高さが上がり、限界間隔Ｘｓが６００ｍｍ以下になってから押出すことにしているが、仮に時間が経過してもＸｓが６００ｍｍ以下にならない場合は、装炭孔をあけ、人力で突き崩してからコークスケーキ押出しを行ってもよい。

本発明に係るコークス炉の操業方法は、コークスケーキの突き上げ詰りの防止だけでなく、炭化室の側壁や底面の異常等、あるいは配合変更に従う押詰りの予防にも応用が可能である。

Ｇ 装入口
Ｍ マイクロ波距離計
Ｒ 炭化室
１ 断熱底板
２ マイクロ波発生器本体
２ａ ドーム部
２ｈ 冷風取入れ孔
３ 断熱シート
４ａ マイクロ波発・受信器
４ｂ センサ
５ コントローラ
６ 計算機
７ 調節ボルト
８ 押出機の押出しラム
Ｃｃ コークスケーキ
Ｈ コークス炉高さ
ｈ コークスケーキ高さ
Ｘ 測定距離
Ｘｓ 限界間隔
ｔ 天井れんが厚み
Ｇ 石炭装入口
Ｍ マイクロ波距離計
Ｄ_１、Ｄ_２ 炉扉
Ｐ 押出機

Claims (2)

1. コークス炉の炭化室内コークスケーキの高さに応じて、コークスケーキの押出しの可否を決定するコークス炉の操業方法において、
   少なくともマシンサイドから２番目の石炭装入口部における、炭化室内の天井下面高さと、乾留終了後コークスケーキ押出し前のコークスケーキ頂面高さとの差である限界間隔が、突き上げ詰りが予想される限界間隔よりも大きいときは、押出機による押出しをそのままスタートさせ、前記限界間隔よりも小さいときは、押出機の運転を一時停止してコークスケーキの収縮を待って押出しの再開を行なうことを特徴とするコークス炉の操業方法。
2. 前記突き上げ詰りが予想される限界間隔は、６００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。

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