JPH07207271A - コークス炉の石炭層内ガス圧力の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実コークス炉での軟化溶融石炭層内のガス圧
（石炭膨張圧）を精度よく測定する方法を提供すること
を目的とする。 【構成】 コークス炉の石炭層内ガス圧力の測定方法に
おいて、圧力検出用プローブを挿入した金属製パイプを
炉蓋に設けた孔から炉内石炭層の任意の位置まで挿入
し、前記プローブを前記位置に残したまま前記金属製パ
イプを引き抜いた後、前記プローブにより石炭層内のガ
ス圧を測定する方法であって、前記プローブは、外径２
ｍｍ以下、且つ内径１ｍｍ以下であり、先端部を前記パ
イプから出し、且つ末端の向きが前記石炭層への挿入方
向とは逆向きとなるように構成せしめたものを使用する
ことを特徴とするコークス炉の石炭層内ガス圧力の測定
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コークス炉内におい
て、石炭層内のガス圧力を測定する方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉の炭化室で石炭からコークス
を製造する過程において、石炭の膨張によりコークス炉
の炉壁に作用する石炭膨張圧は、コークス炉の炉壁を損
傷させ操業不能になり、コークス炉の休止に追い込むこ
ともあり、膨張圧管理は炉体管理上重要な課題である。

【０００３】日本では近年、膨張圧に対する注意が払わ
れていなかった。しかし今後、炉体の老朽化が進行し炉
体の強度が低下すると共に、調湿炭法、予熱炭法などの
石炭事前処理技術の導入により炭化室内の石炭装入密度
が上昇し、膨張圧は増加する方向にあるので、膨張圧に
対する注意が必要となりつつある。

【０００４】膨張圧の発生原因は、軟化溶融状態にある
石炭層内のガス圧であることがしられている。小型の試
験コークス炉においては、この軟化溶融層内のガス圧は
容易に精度よく測定可能であり、片側の壁が可動式で炉
壁に作用する膨張圧の直接測定が可能な試験コークス炉
で、炭化室中央部で軟化溶融した石炭層が会合する時の
最大膨張圧と、同時点での軟化溶融状態にある石炭層内
のガス圧ピーク値に相関関係があることが、多数の研究
者によって報告されている（例えばＣ．Ｃ．Ｒｕｓｓｅ
ｌｌ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｂｌａ
ｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ，Ｃｏｋｅ Ｏｖｅｎ ａｎｄ
Ｒａｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＡＩＭＥ，１２（１９５
３），ｐ．１９７）。

【０００５】しかし、実際のコークス炉は、高さ数ｍ，
長さ１０数ｍもあり、炉高方向および炉長方向で石炭充
填状態のばらつきは極めて大きい。例えば炉高方向でみ
ると、石炭装入口直下は石炭装入口間よりも装入密度が
高いので、やはり膨張圧が高いと考えられる。このよう
に実炉内では、炉高及び炉長方向で膨張圧の分布がある
と推察される。

【０００６】膨張圧は、炉壁に加わる力であり実コーク
ス炉で直接測定できないので、膨張圧発生原因である軟
化溶融石炭層内のガス圧測定が実炉で試みられている。
従来実炉でのガス圧測定方法としては、石炭装入後に、
先端にスリットを開けた内径数ｍｍの金属管を石炭装入
口もしくは炉蓋から炉内に挿入することによって測定さ
れている。例えば、Ｌａｔｓｈａｗら（Ｇ．Ｍ．Ｌａｔ
ｓｈａｗ ｅｔ ａｌ．，Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＡＩＭ
Ｅ，４３（１９８４），ｐ．３７３）は、実炉（Ｕ．
Ｓ．Ｓｔｅｅｌ，Ｃｌａｉｒｔｏｎ，Ｂ Ｂａｔｔｅｒ
ｙ）において、炉蓋から水平方向に、また装入口から垂
直にプローブを挿入して、ガス圧を測定している。炉蓋
から入れるプローブは、内径９．５２５ｍｍ、長さ３ｍ
および６ｍのスチール製パイプで、直径３．１７５ｍｍ
の穴がプローブ先端から２５．４ｍｍ間隔で上下７個づ
つ開けてある。一方、装入口から入れるプローブは、内
径２５．４ｍｍ、長さ１．５，２．７及び３．９ｍのス
チール製パイプで直径３．１７５ｍｍの穴がプローブ先
端から２５．４ｍｍ間隔で左右７個づつ開けてある（穴
が炉長方向に並ぶようにプローブは挿入される）。しか
しこのような方法では、第一に、プローブ挿入位置を明
確に固定できない、第二に、プローブを炉内に挿入する
過程で石炭がプローブ内に詰まってしまう、そして第三
に、プローブの大きさが測定対象の軟化溶融層厚みに比
して大きすぎるという欠点があり、再現性が悪く、信頼
のあるデータがとれていないため、実コークス炉の膨張
圧分布を精度良く把握出来ないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
を鑑み、実コークス炉内軟化溶融石炭層内のガス圧力を
精度良く測定する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、コークス炉の
石炭層内ガス圧力の測定方法において、圧力検出用プロ
ーブを挿入した金属製パイプを炉蓋に設けた孔から炉内
石炭層の任意の位置まで挿入し、前記プローブを前記位
置に残したまま該金属製パイプを引き抜いた後、前記プ
ローブにより石炭層内のガス圧を測定する方法であっ
て、前記プローブは、外径２ｍｍ以下、且つ内径１ｍｍ
以下であり、先端部を金属製パイプから出し、且つ末端
の向きが前記石炭層への挿入方向とは逆向きとなるよう
に構成せしめたものを使用することを特徴とするコーク
ス炉の石炭層内ガス圧力の測定方法である。

【０００９】ここで、圧力検出用プローブは測定対象の
軟化溶融層厚みに比して十分小さな管径であり、プロー
ブ単独で、あるいは測温手段の検出端を随伴させてもよ
く、予め先端を曲げたプローブを先端開放の金属製パイ
プの先端部で管外に出し、またはプローブを金属製パイ
プの先端で折り返し、プローブが炭化室内に挿入可能な
石炭装入直後からコークス化が始まるまでに、好ましく
は装入直後に金属製パイプと伴にプローブを穴を開けた
炉蓋から炉蓋をガイドにし実コークス炉内の任意の位置
に挿入し、その後金属製パイプを引き抜くことにより、
プローブ位置を確定するとともにプローブ挿入過程での
石炭詰まりを防止することにより、精度良くコークス炉
炉壁に作用する膨張圧と等しい軟化溶融石炭層内のガス
圧力、あるいは炉内各部のガス圧力分布を測定するもの
である。

【００１０】

【作用】本発明者は、従来用いられていた実コークス炉
でのガス圧測定法（例えばＧ．Ｍ．Ｌａｔｓｈａｗ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＡＩＭＥ，４３（１９
８４），ｐ．３７３）で精度良いデータが得られない原
因について研究を重ねた結果、以下の点が原因であるこ
とを見いだした。

【００１１】まず第一に、プローブ挿入位置が実験毎に
固定されていないということである。膨張圧は軟化溶融
層が炭化室中央部で会合するときに最大値を示すので、
通常炭化室炉幅中央で軟化溶融層が会合するときのガス
圧測定が行われる。しかし、実コークス炉では石炭装入
口もしくは炉蓋から測定点まで数ｍあり、炉内に数ｍプ
ローブを挿入する必要がある。そのため、ガス圧検出端
位置を測定点である炉幅方向中央部に正確に位置せしめ
るのは極めて困難であり、左右どちらかにずれるのが通
例である。また、予め空窯の状態で炭化室内に固定用治
具を用いてプローブを固定する方法も考えられるが、石
炭装入時に固定用治具が抵抗となり石炭の嵩密度変化を
生じ、定常時のガス圧が得られない。炭化室中央部から
少しでもはずれるとガス圧の値は大きく異なること、ま
た石炭嵩密度変化が生じて定常時のガス圧が測定できな
いことから、精度良いデータを得るためには、正確に同
じ位置で且つ定常時の石炭嵩密度でガス圧が測定できる
ような方法が必要である。第二に、プローブを炉内に挿
入する過程で、石炭がプローブ内に詰まってしまうとい
うことである。プローブ先端のスリットは幅１ｍｍ程度
と狭いので、従来この点に関してはほとんど注意が払わ
れていなかった。しかし、炉内に挿入する過程で石炭が
プローブ内に入り込んでくることを発明者は確認した。
プローブ先端位置に軟化溶融層が到達したときに入り込
んできた石炭が同時に軟化溶融すると、見掛け上軟化溶
融層内のガス圧力は実際の値より高くなる。また、プロ
ーブ先端位置に軟化溶融層が到達する前にプローブ内石
炭が軟化、固化すると、固化したコークスによりプロー
ブが閉塞してしまうので、軟化溶融層がプローブ位置に
到達したとき、ガス圧力は実際の値よりも低く検出され
る。したがって、石炭が入り込まないようなプローブ構
造にする必要がある。

【００１２】第三に、従来用いられていたプローブが大
きすぎるという点である。従来、石炭層内に挿入するた
めにもプローブはある程度の太さであることが要求され
たが、その結果軟化溶融層の厚みと同じ程度のプローブ
を用いる結果になり、軟化溶融層の形成のされ方に著し
く大きな外乱を及ぼすこととなった。この問題を解決す
るため、できるだけ小さなプローブを用いる必要があ
る。

【００１３】この知見に基づき、発明者は以下に示す具
体的な方法を創案するに至ったのである。

【００１４】本発明では、ガス圧プローブとして、測定
対象の軟化溶融層厚みに比して十分小さな管径をもつプ
ローブを用いる。軟化溶融層厚みは壁近傍で２〜３ｍｍ
であることから、プローブの内径は軟化溶融層厚みより
も小さい１ｍｍ以下、外径は軟化溶融層の形成過程に影
響を及ぼさないよう、大きくとも２ｍｍ以下である必要
がある。また必要に応じ、径１ｍｍ以下の測温手段の検
出端を該プローブに針金で固定する。測温手段の検出端
の太さは、軟化溶融層厚みにより限定され、１ｍｍ以下
でなければならない。

【００１５】以下、具体的手順を図１と図２をもって説
明する。

【００１６】上記プローブと測温手段の検出端を測定位
置に対応した長さの管径２０Ａ程度の金属製パイプ１に
挿入し、パイプの先端部で管外にプローブ２を２０ｍｍ
程度折り返す。コークス炉炭化室内のコークスを押出し
後、炉高方向のガス圧測定位置に径４０ｍｍ程度の穴を
開けた炉蓋３を装着し、石炭を装入する。プローブ２及
び測温手段の検出端を金属製パイプ１と伴にコークス炉
炉内の所定の位置に挿入し、プローブ２および測温手段
の検出端を所定の位置に残したまま金属製パイプ１を炉
外に引き抜く。炉蓋３から外にでているプローブ２およ
び測温手段の検出端を、圧力変換器４、温度記録計５に
それぞれ接続し、ガス圧および温度の経時変化を記録す
る。

【００１７】実コークス炉においては、コークス炉炉壁
に作用する膨張圧と、軟化溶融層内のガス圧が等しいの
で、ガス圧測定位置の温度が測定対象石炭の軟化溶融温
度域（通常４００℃〜５００℃）に到達したときのガス
圧をもって、膨張圧とする。石炭乾留後は、プローブお
よび測温手段の検出端を切断し、通常と同じようにコー
クス押出し作業を行う。

【００１８】本発明法によれば、プローブ挿入位置を
コークス炉炭化室の任意の位置に正確に位置させること
ができ、定常の石炭嵩密度を確保でき、プローブ挿
入過程での石炭詰まりを回避でき、プローブが軟化溶
融石炭層の形成過程に影響をおよぼすこともないため、
実コークス炉内において軟化溶融石炭層内のガス圧を精
度良く測定可能である。

【００１９】

【実施例】揮発分２６．８％、灰分９．０％、最高流動
度４７０ＤＤＰＭ、軟化溶融温度域４１４℃〜４８９℃
の配合炭を、炉幅４３０ｍｍ、炉高６５００ｍｍ、装入
炭量３０ｔｏｎのコークス炉において、炉温１１００℃
で乾留し、本発明の方法で、装入口直下の炉底から５０
０ｍｍの高さで、石炭層内ガス圧力および温度の経時変
化を測定した。この時、ガス圧力検出用プローブは、外
径２ｍｍ、内径１ｍｍのものを、金属製パイプは径２０
Ａのものを使用した。また、温度検出端として径１ｍｍ
のシース熱電対を使用した。

【００２０】軟化溶融層内のガス圧（４１４℃〜４８９
℃におけるガス圧の最大値）の測定結果を表１に示す。
表１より、測定値の再現性がたいへんよく、ばらつきが
非常に小さいことがわかる。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明により、実コークス炉において、
膨張圧発生原因である軟化溶融石炭層内ガス圧を精度良
く測定することが可能となった。

【００２３】これにより、膨張圧が炉体におよぼす影響
の評価が可能となり、膨張圧による炉体損傷防止、ひい
てはコークス炉の炉寿命延長にもつながり、その経済的
効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるガス圧力検出用プローブを金属
製パイプに挿入した状態を表す図。

【図２】本発明における軟化溶融石炭層内ガス圧力測定
の方法を例示する図。

【符号の説明】

１…金属製パイプ ２…ガス圧力検出
用プローブ ３…炉蓋 ４…圧力変換器 ５…温度記録計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉の石炭層内ガス圧力の測定方
   法において、圧力検出用プローブを挿入した金属製パイ
   プを炉蓋に設けた孔から炉内石炭層の任意の位置まで挿
   入し、前記プローブを前記位置に残したまま該金属製パ
   イプを引き抜いた後、前記プローブにより石炭層内のガ
   ス圧を測定する方法であって、前記プローブは、外径２
   ｍｍ以下、且つ内径１ｍｍ以下であり、先端部を金属製
   パイプから出し、且つ末端の向きが前記石炭層への挿入
   方向とは逆向きとなるように構成せしめたものを使用す
   ることを特徴とするコークス炉の石炭層内ガス圧力の測
   定方法。