JPH09104869A

JPH09104869A - コークス炉内煉瓦表面へのカーボン附着抑制方法

Info

Publication number: JPH09104869A
Application number: JP26271195A
Authority: JP
Inventors: Asayuki Nakagawa; 中川朝之; Ikuo Komaki; 古牧育男
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: JP3284032B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コークス炉で石炭を乾留中に炭化室内煉瓦表
面に生成する附着カーボンの量を抑制する方法を提供す
る。【解決手段】石炭をコークス炉で乾留する際に炭化室
内側の煉瓦表面にカーボン附着物が生成するのを抑制す
る方法において、乾留中の炉頂空間に水を噴霧して、炉
頂空間、及び上昇管基部の温度を制御することを特徴と
するコークス炉内煉瓦表面へのカーボン附着抑制方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冶金用コークスの
製造を目的としてコークス炉で石炭を乾留する際に、炭
化室内煉瓦表面へのカーボン附着を抑制する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉で石炭を加熱してコークスを
製造する過程で、石炭から炭素化合物を主体とする乾留
ガスが生成する。この発生ガスは炉内上部の炉頂空間に
流れたり、あるいは炉蓋のガス道に流れ込み、上昇管を
経由してガス精製工程へと導かれる。炉頂空間や上昇管
基部の温度は稼働率、あるいは炉温により異なるが、例
えば９００℃以上の高温条件にあるために、炭化水素化
合物の熱分解反応が起こり、煉瓦表面にカーボンが附着
する。このカーボン附着量が少量である内は煉瓦の目地
に入り込み、炭化室から燃焼室への生ガスリークを防止
する点で有効に作用するが、一般的にはカーボン生成量
は多く、乾留が終了してコークスを押出して次の石炭装
入までの数十秒の間に外部から空気を導入して、燃焼ガ
ス化反応で除去するのが一般的である。

【０００３】あるいは、上昇管基部や竪管部のように特
にカーボンの附着が著しい場合には、押出しラムに搭載
したエアースカーフィング装置を用いて高速のエアーを
吹き付けて燃焼除去する方法が広く行われている。

【０００４】これらの方法でカーボンを除去する方法は
簡便で有効なものであるが、操業の合間を縫って行うた
めに、稼働率が高い場合や炉の温度レベルが高い場合に
は十分な処理時間が確保できないことがある。また、多
量の燃焼ガスを大気に放散することになるので環境保護
の点からも好ましいこととは言えない。

【０００５】これらの問題点を解決するためには、乾留
中のカーボン生成量を抑制するのが最も有効な手段であ
り、従来から多くの方法が提案されている。例えば、煉
瓦面に被膜を形成してカーボン附着量を減らす方法とし
て、特開平２−１６０８９６号公報や特公昭６２−１９
４７７号公報、及び特公昭６３−１３４７０号公報があ
る。また、特公昭５９−１０７１２号公報にあるよう
に、耐火物煉瓦のガス透過性を利用して背面から酸素ま
たは酸素を吹き込みカーボン附着を防止する方法もあ
る。あるいは、カーボン附着量が温度の高いほど多くな
ることから、コークス炉発生ガスや圧縮空気を炉頂空間
に吹き込んで冷却することによってカーボン附着速度を
低減させて附着を抑制する方法（特開昭６１−１８８４
８６号公報、特開平３−２１０３８９号公報、特開平３
−２１２４８６号公報など）などがある。

【０００６】

【発明が解決すべき課題】上記の従来法はカーボン附着
の基となる炭化水素と煉瓦表面との接触を阻害してカー
ボン附着量の低減を狙ったものであり、また、温度を低
下させることによりカーボンの生成反応を遅くすること
を狙ったものである。

【０００７】しかしながら、煉瓦表面に被膜を形成する
方法は、煉瓦をコークス炉に組み込む前ならばその表面
を滑らかに加工することが可能であり、附着防止効果を
期待できるが、炉体に組み込まれて加熱状態にある煉瓦
表面に塗布するとなると、その表面状態を滑らかにする
ことは困難で、従って塗布後の表面粗さによる暴露表面
積の増加によって附着量が増加する可能性がある。

【０００８】また、コークス炉ガスを吹き込む場合に
は、ガス吸込み管等で発生ガスを一旦コークス炉の外へ
取り出して配管で循環させる必要があるが、そのような
配管を設けるには現状のコークス炉上では装入車の移動
を妨げないよう設置する等の制限条件が多くなる。ま
た、吸い出したコークス炉ガスからの吸込み管内の管壁
へのカーボン附着や、タール附着が懸念される。

【０００９】以上のような問題点を解決し、設備投資が
少なく、作業負荷の低いカーボン附着の抑制方法を開発
することが課題である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するために種々検討した結果、コークス炉の
炉頂空間に水を噴霧することにより、１）炉頂空間のガ
ス温度、並びに炉頂空間の雰囲気ガスに接する炭化室内
炉壁煉瓦表面温度、及び上昇管基部の炭化室内煉瓦表面
温度の低下と、２）炭化室内の炉頂空間、及び上昇管基
部において乾留生成ガス中のカーボン生成の原因物質で
あるコークス炉ガス中の炭化水素の濃度低下と、３）炭
化室内の炉頂空間に噴霧した水と附着カーボンの反応
（Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂ ）による附着カーボンのガス
化を実現させることにより、コークス炉内の煉瓦の損傷
や炉頂部近傍の石炭の乾留遅れを誘発することなく、炭
化室内の煉瓦表面に附着するカーボンの量を低減させ得
ることを見い出し、この知見に基づき本発明を完成する
に至ったものである。

【００１１】本発明は、石炭をコークス炉で乾留する際
に炭化室内側の煉瓦表面にカーボン附着物が生成するの
を抑制する方法において、乾留中の炉頂空間に水を噴霧
して、炉頂空間、及び上昇管基部の温度を制御すること
を特徴とするコークス炉内煉瓦表面へのカーボン附着抑
制方法であり、乾留中の炉頂空間に水を噴霧して、炉頂
空間、及び上昇管基部の温度温度を７８０℃〜８５０℃
に制御することを特徴とするコークス炉内煉瓦表面への
カーボン附着抑制方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳しく説明する。

【００１３】コークス炉内で石炭を乾留する際に発生す
る乾留生成ガス（コークス炉ガス）の熱分解反応によ
り、炭化室内の煉瓦表面にカーボンが附着することは一
般によく知られている。この熱分解によるカーボン附着
速度について、図７に示す試験装置を用いて調査した。
図７において、１０００℃に保持した乾留容器１８に通
常の冶金用コークスを製造する際に用いる配合炭２２の
１０ｋｇ（無水ベース）を装入する。石炭加熱によって
生成した乾留ガスは附着炉２４内を経由して外部に排出
される。附着炉２４内には煉瓦片１５（材質：珪石、厚
み：６ｍｍ，幅：２０ｍｍ，長さ：４０ｍｍ）を金属線
１６で吊り下げおき、電気炉２１によって煉瓦片１５の
温度を制御する。このようにして、煉瓦片１５の表面に
附着するカーボンの附着速度と温度の関係を調査した結
果を図８に示す。

【００１４】図８において、横軸は温度計２３によって
示された温度であり、縦軸は単位時間当たりのカーボン
附着速度を煉瓦片１５の単位表面積当たりの重量で表し
たものである。図８に示すように、カーボン附着速度は
温度の上昇とともに急激に速くなる。

【００１５】コークス炉の炉頂空間や昇管基部の温度は
稼働率、あるいは炉温により異なるが、稼働率（コーク
ス炉の炭化室１門当たり、一日にコークスを押し出す回
数）が高い場合には、炭化室内煉瓦表面へのカーボン附
着量が増加するが、このような場合にコークス炉内の炉
頂空間や上昇管基部の雰囲気温度を測定してみると、例
えば９００℃以上の高い温度を示す。したがって、図８
の結果によれば、炉頂空間や上昇管基部の雰囲気温度を
８５０℃以下、好ましくは８３０℃以下に保持すること
により、煉瓦表面へのカーボン附着速度は大幅に低減す
ることが可能である。

【００１６】しかし、炉頂空間の温度はいくらでも下げ
られる訳ではなく、炭化室内の煉瓦保護、及び石炭の乾
留遅れ防止とコークス押出し性確保の観点から定まる下
限値がある。すなわち、通常炉壁煉瓦として使用される
珪石煉瓦は５７３℃に急激な膨張収縮を伴う変態点があ
り、この温度近傍では煉瓦の脆弱化を起こすので、この
温度以下にすることは好ましくない。また、必要以上に
温度を低下させると、石炭の乾留進行を遅らせることに
なり、コークス強度の低下を招く。また、水平方向のコ
ークス焼減りが不足して、乾留終了時点でコークスを押
し出す際の抵抗が増加する。このような理由から温度の
下限値は７８０℃、好ましくは８００℃とすることが望
ましい。

【００１７】従って、炉頂空間、及び上昇管基部の温度
は特に７８０℃〜８５０℃、より好ましくは８００℃〜
８３０℃にすることが好適である。

【００１８】煉瓦表面へのカーボン附着速度について
は、温度以外にも、例えば文献（燃料協会誌，第４８
巻，７３２頁，１９６９年）等にあるように、装入炭の
揮発分や水分の影響を受け、装入炭の揮発分が高いほ
ど、また、装入炭の水分が低いほどカーボン附着速度は
速くなる。

【００１９】したがって、何らかの方法でカーボンが附
着する煉瓦表面の温度と装入炭の揮発分を下げ、装入炭
の水分を増加させればコークス炉内の煉瓦表面へのカー
ボン附着量を低減する事が可能である。

【００２０】コークス炉に水を入れることは、煉瓦の急
激な温度変化で膨張、収縮による破壊や炉頂近傍に装入
された石炭の乾留遅れを誘発するために、一般的には禁
止されている。しかし、操業中のコークス炉の炉頂空間
部や上昇管部（基部および竪管部）に噴霧して入れる場
合には、炉頂空間部や上昇管部が高温のために瞬時に気
化し、炉壁煉瓦やコークス面に滴のまま滴下あるいは接
触して煉瓦損傷や乾留遅れを招くことはない。

【００２１】散水用のノズルとしては、市販の物が使用
可能であり、特に限定するものでないが、通常の水道水
圧（２〜３ｋｇ／ｃｍ² ）において霧状になるものが望
ましい。また、散水量の上限は炉壁煉瓦の保護と炉頂部
の石炭の乾留進行によって決定される。

【００２２】水の代わりに水蒸気を使用することはノズ
ルを使用せずに通常のパイプなどで炉内への散水が可能
であるが、蒸気原単位を考えると水をそのまま使用した
方がメリットがある。また、水蒸気を注入することは乾
留生成ガスの希釈効果と水性Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ₂ な
る反応によるコークス炉内の煉瓦表面に附着したカーボ
ンの除去効果は期待できるが、蒸発熱を奪うことがない
ので、温度低下に対する効果は小さくなってしまう。

【００２３】以下に本発明を用いてコークス炉内に煉瓦
片を入れて、煉瓦表面への附着量と散水量、及び散水方
法の影響を調べた実施例を示す。

【００２４】本実施例を行ったコークス炉の概要を図１
に示す。

【００２５】乾留中の煉瓦表面への附着量の定量方法と
しては、実際に炭化室炉壁への附着量を測定するのが望
ましいが、現実問題として高温雰囲気で測定するのは作
業上の負荷が非常に高い。そこで、図１に示したよう
に、１番装入口９、３番装入口８、５番装入口７から炭
化室内の炉頂空間５に、また、上昇管竪管２の側面から
上昇管基部１１に煉瓦片（２０×２０×４０ｍｍ）１０
を温度計６とともに挿入し、石炭装入直後からコークス
押出しまでの間に煉瓦片１０に附着した附着物の量を附
着前後の重量差から求めた。

【００２６】炉頂空間５への散水方法の概略を図２に示
す。炉頂空間５に通水用の配管１２を敷設し、１番装入
口９、３番装入口８、５番装入口７から炉頂空間５に分
岐配管を設け、その先端部に水を霧状に散布できるよう
に散水ノズル１３を取り付けた。散水された水が炉壁煉
瓦や天井煉瓦に直接かかると急激な体積変化で煉瓦を損
傷させる恐れがあるため、散水角度（散水の広がり）は
１８゜とし、水の噴き出す方向は高さ方向には水平に対
して２０゜下向きとし、炉幅方向にはコークス炉の炉幅
方向中心線に沿うように配置した。散水方向は上昇管側
でも上昇管と反対側でも良いが、キャリーオーバー粉や
乾留ガス中の分子量の高い成分によるノズル先端部の閉
塞を避けるためには、炉頂空間のガス流れの川下方向と
なる上昇管側に向けて散水するのが好ましい。

【００２７】

【実施例】

実施例−１実施例における試験を行った時のコークス炉の稼働率は
１２１％、石炭装入量は２３トン（乾量）であった。ま
た、装入炭４の性状は、揮発分２６．４％、水分５．６
％であり、粒度は３ｍｍ以下が７８％である。本実施例
を行う間のコークス炉の操業と装入炭性状は極力一定に
維持した。この条件は、他の実施例においても同様であ
る。

【００２８】図１に示した装入口の内、上昇管に最も近
い５番装入口７の散水ノズル１３のみを使用して散水
し、石炭装入直後からコークス押出し直前までの期間で
上昇管基部１１に挿入した煉瓦片１０の表面に附着した
附着物の量と温度に対する散水量の影響を調べた結果を
図３に示す。ここで、縦軸左の相対附着量とは、散水量
がゼロの時の附着量に対する散水した場合の附着量の比
を示したものであり、この値が小さいほど附着抑制に対
する散水の効果が高いことを意味する。また、縦軸右の
温度は、煉瓦片１０と同じ位置に挿入した温度計６で測
定された温度であり、石炭挿入直後からコークス押出し
直前までの期間で５分ごとに記録した値の平均値であ
る。

【００２９】図３より、煉瓦片表面への附着量と温度は
散水量の増加とともに減少しており、炉頂空間に水を噴
霧して上昇管基部の雰囲気温度を特に７８０〜８５０℃
に制御することにより、煉瓦片表面のカーボン附着量を
著しく減少させることができた。

【００３０】なお、散水量が１．６リットル／分以上の
場合に相対附着量が増加し、温度も高くなる方向に転じ
ているが、これは、注入した水の一部が蒸発して気体に
なる前に、高温状態にある炉頂の装入物（コークス）表
面に水滴として滴下し、急激な気化にともなって微粉を
巻き上げ、これがキャリーオーバー粉として乾留生成ガ
スともに上昇管２へ流入して煉瓦片表面に附着したため
である。すなわち、散水量には適正範囲があり、その値
を超えた散水は好ましくないことを意味している。

【００３１】実施例−２実施例１と同様に、上昇管２に最も近い５番装入口７の
散水ノズル１３のみから散水した場合に、石炭装入直後
から乾留ガスの発生量が多い石炭装入後２時間までの間
の上昇管基部１１の温度に対する散水量の影響を調査し
た。結果を図４に示す。ここで、縦軸左の温度低下量と
は、縦軸右に示した石炭装入直後の上昇管基部１１の温
度からの温度低下量を示しており、この数値が大きいほ
ど炉頂空間に水を噴霧した場合の温度低下に対する効果
が大きいことを示している。なお、ここで示した温度低
下量は、実施例１と同様に、調査期間内で５分ごとに記
録した値の平均値である。また、温度は、測定前の上昇
管基部の温度である。

【００３２】図４より、温度低下量は散水量の増加と共
に大きくなっており、上昇管基部に設置した煉瓦片表面
のカーボン附着量の減少傾向は実施例１と同様の結果で
あった。

【００３３】実施例−３実施例１と同様に、上昇管２に最も近い５番装入口７の
散水ノズル１３のみから散水した場合に、石炭装入直後
からコークス押出し直前までの期間で上昇管基部１１に
挿入した煉瓦片表面に附着した附着物の量と上昇管基部
１１の温度に対する散水継続時間（散水は石炭装入直後
から開始）の影響を調査した。

【００３４】結果を図５に示す。ここで、縦軸左の相対
附着量は、実施例１の場合と同様の定義であり、縦軸右
の温度は、石炭装入直後からコークス押出し直前までの
期間で、上昇管基部１１に挿入した温度計６の温度を５
分ごとに記録した値の平均値である。また、横軸の散水
継続時間は、石炭装入からコークス押出しまでに要した
時間に対する石炭装入直後から開始した散水時間の比を
百分率で示したものであり、横軸の値が０％は散水時間
がゼロであることを意味し、１００％は全乾留期間に渡
って散水を実施したことを意味する。なお、この実施例
における散水量は１．６リットル／分である。

【００３５】図５より、散水時間を長くするほど相対附
着量と温度は低下していることがわかる。これは、炭化
室内の煉瓦表面への附着が全乾留期間に渡って起こって
いるためである。このことから、炉頂空間温度を７８０
〜８５０℃に制御するためには本実施例において、散水
は全乾留期間の少くとも８０％以上の期間に渡って実施
するのが好ましく、特に全乾留期間に渡って散水するこ
とが好ましい。

【００３６】実施例−４炉頂空間へ水を噴霧した場合の本発明の効果が、噴霧
（散水）地点からどのくらいの範囲まで効果を及ぼすか
について調査した。すなわち、図１に示した１番装入口
９の散水ノズル１３のみから散水した場合に、石炭装入
直後からコークス押出し直前までの期間で、１番、３
番、５番の各装入口、及び上昇管基部に挿入した煉瓦片
１０の表面に附着した附着物の量を調査した。結果を図
６に示す。ここで、縦軸の相対附着量は、実施例１の場
合と同様に各煉瓦片の挿入箇所において散水量ゼロの場
合の附着量と散水を実施した場合の附着量の比を示す。
また、横軸は煉瓦片の設置箇所名を示す。

【００３７】図６より、相対附着量は散水箇所である１
番装入口の煉瓦片が最も少なくなっているが、該箇所か
ら上昇管基部に方向に離れるにつれて、相対附着量の低
下代は小さくなっており、カーボン附着に対する散水の
効果が小さくなっている。

【００３８】このことから、本発明の方法によるコーク
ス炉の炉頂空間への水の噴霧は、カーボン附着を抑制し
たい箇所の近傍に実施することが最も効果的である。

【００３９】また、石炭装入直後で散水を実施する前
に、１番、３番、５番の各装入口から、及び上昇管基部
に挿入した温度計６で測定した炉頂空間、及び上昇管基
部の温度は、それぞれ、９００℃、９２３℃、９３１
℃、及び９４２℃であった。上述の条件で散水を行った
場合の該箇所の平均温度（石炭装入直後からコークス押
出し直前までの期間で、該箇所に挿入した温度計６の温
度を５分ごとに記録した値の平均値）は、それぞれ７９
０℃、８５６℃、８８６℃、及び９３６℃であった。

【００４０】本実施例において、上昇管基部１１では、
温度が僅かに９℃しか低下していないにも拘わらず、相
対附着量は小さくなっているが、これは、散水によって
炉頂空間に噴霧された水が蒸気となり、附着カーボンの
生成源となる乾留生成ガスの濃度を希釈したこと、及び
Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ₂ なる反応による除去効果が発現
したためである。

【００４１】なお、この実施例における散水量は１．６
リットル／分であり、この条件で石炭装入からコークス
押出し直前までの間、散水を実施した。

【００４２】

【発明の効果】本発明によりコークス炉において、石炭
を乾留する際にコークス炉炉頂空間に水を散水すること
により、コークス炉内の煉瓦表面に附着するカーボン量
を抑制することが可能であり、その経済的、技術的効果
が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において、炭化室内の煉瓦片と
温度計の設置位置を示す概略図。

【図２】本発明の実施例において、炭化室内の散水ノズ
ルの設置位置を示す概略図。

【図３】本発明の実施例において、散水量と上昇管基部
の相対附着量の関係を示す図。

【図４】本発明の実施例において、散水量と上昇管基部
の温度低下量の関係を示す図。

【図５】本発明の実施例において、散水時間と上昇管基
部の相対附着量の関係を示す図。

【図６】本発明の実施例において、炭化室内の異なる場
所における相対附着量を示す図。

【図７】煉瓦片表面へのカーボン附着速度と温度の関係
を調べるための試験装置の概略を示す図。

【図８】煉瓦片表面へのカーボン附着速度と温度の関係
を示す図。

【符号の説明】

１・・・ドライメーン２・・・上昇管３・・・炉蓋４，２２・・・石
炭またはコークス５・・・炉頂空間６，２３・・・温
度計７・・・５番装入口８・・・３番装入
口９・・・１番装入口１０，１５・・・煉
瓦片１１・・・上昇管基部１２・・・水配管１３・・・散水ノズル１４・・・供給水１６・・・金属線１７，２０，２
１・・・電気炉１８・・・乾留炉１９・・・乾留生
成ガス２４・・・附着炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭をコークス炉で乾留する際に炭化室
内側の煉瓦表面にカーボン附着物が生成するのを抑制す
る方法において、乾留中の炉頂空間に水を噴霧して、炉
頂空間、及び上昇管基部の温度を制御することを特徴と
するコークス炉内煉瓦表面へのカーボン附着抑制方法。
【請求項２】乾留中の炉頂空間に水を噴霧して、炉頂
空間、及び上昇管基部の温度を７８０℃〜８５０℃に制
御することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉内
煉瓦表面へのカーボン附着抑制方法。