JPH10219256A - コークス炉炭化室のカーボン付着の検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押出ビーム駆動用モータにかかる駆動負荷値
の上昇が、炉壁面へのカーボン付着に起因するのか、炉
壁面の肌荒れや欠損等の損傷に起因するのかを明確に判
別する。 【解決手段】 押出ビーム駆動用モータの電流値または
電力値から算出されるモータトルク値から加速トルク値
およびブレーキトルク値を減算して押出全区間に亘り押
出トルク値を求め、押出トルク値のピーク値が予め定め
た閾値を超えると異常窯と判定し、押出全区間に亘る押
出トルク値を積算して押出トルク積算値を求め、押出ト
ルク積算値を押出トルクピーク値で除算してカーボン指
数を求め、該カーボン指数に基づいて押出負荷の増大が
付着カーボンに起因するものか、炉壁面や底面の肌荒れ
または欠損等の損傷に起因するものかを判別することに
よって、カーボン焼落とし空窯実施時期を事前に計画で
き、コークス炉を安定操業できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉炭化室
の壁面へのカーボン付着状況を検知する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の室炉式コークス炉では、乾留に必
要な熱量は炭化室の両側の燃焼室より炉壁煉瓦を通して
供給される。したがって、乾留初期には、炉壁面に近い
部分の石炭が急激に乾留されてコークスとなり、その中
心寄りには半溶融状態のプラスチック層（軟化溶融層）
が存在し、その内部には粉炭のままの石炭がある。発生
ガスやタールは、主としてコークス層と炉壁との空間を
通って熱分解を受けながら炭化室上部空間に達し、炉外
へ導かれる。このため、コークス炉の操業においては、
発生ガスやタールがコークス層と炉壁との空間を通って
熱分解を受けながら炭化室上部空間に達する間に、その
一部がカーボンとして炉壁面に付着する。この炉壁面に
付着するカーボンは、乾留する都度生成するため、窯出
し回数の増加に伴って増加する。

【０００３】上記炭化室から乾留終了した赤熱コークス
を押出す押出ビーム駆動用モータには、コークスを押出
しの際に押出負荷が作用する。この押出負荷は、付着カ
ーボン量、石炭品質、コークス炉操業条件、火落ち状
況、炉壁面の肌荒れや欠損等によって変動するが、殊に
付着カーボンは押出負荷増大の大きな要因である。カー
ボン付着量が多い場合は、コークス押出し時にコークス
が付着カーボンと接触し、これによって押出負荷が大き
くなってコークスの押出しが不可能となる、いわゆる押
詰まり、押止まり等が発生する。押詰まり、押止まり状
態で無理に押出しを行った場合は、押出機の力がコーク
スおよび付着カーボンを介して炉壁面に作用し、炉壁面
に亀裂が生じて炉壁面損傷の原因となる。

【０００４】一方、付着カーボン量が少なすぎる場合
は、炉壁面を形成する耐火煉瓦間の目地切れ部分や亀裂
部分から燃焼室へガス漏れが生じ、不完全燃焼により煙
突からの黒煙発生という環境対策上好ましくない現象が
生じる。したがって、炭化室炉壁面の付着カーボンは、
付着量の多い炉壁部分だけ除去し、炉壁面のカーボン付
着量の均一化を図ることが操業上重要である。

【０００５】コークスを押出す際の押出負荷は、通常図
４に示すとおり、押出機の押出ビーム１をラック２およ
びピニオン３を介して駆動する駆動用モータ４に押出し
時に負荷される電流量、電力量またはこれらの値から算
出されるモータトルク値により検知することができる。
なお、図４中の５は減速機、６はスラスターブレーキ、
７は渦流ブレーキ、８はコークス炉炭化室、９はコーク
ガイド車の鎧戸、１０はコークスを示す。

【０００６】コークスを押出す際には、炉壁面の摩擦抵
抗に逆らってコークスを押出すので、コークスの移動開
始までコークス自体が押出し方向に収縮して押し詰めら
れて押出し方向と直交する方向に膨らみ、炉壁面と接触
して拘束された状態となる。このため、電流量、電力量
またはモータトルク値は、収縮現象がコークサイドに達
するまで上昇を続け、コークサイド端部に到達するとピ
ーク値となり、その後低下していく。

【０００７】すなわち、駆動負荷値が増大するときは、
収縮済みのコークス部分と炉壁面との間の動摩擦と、収
縮しようとするコークス部分の炉底面との間の静止摩擦
に依存している。また、駆動負荷値がピークとなったと
きは、コークス全部が収縮し終わり、収縮したコークス
全体が動き出さんとして静止摩擦が作用するためであ
る。その後駆動負荷値が低下するのは、コークスと炉壁
面および底面との摩擦が静止摩擦から動摩擦に変化する
ためであり、炭化室幅はコークサイドがマシンサイドよ
りも広いテーパ状となっているため、コークスと炉壁面
との動摩擦がゼロに漸近するためである。

【０００８】上記押出ビーム駆動用モータの駆動負荷値
が上昇する要因としては、炭化室炉壁面や炉底面の肌荒
れや欠損等の損傷の存在に起因する場合と、炭化室炉壁
面全体にカーボンが付着し、駆動負荷値が押出し全過程
に亘って高くなる場合が考えられる。したがって、操業
管理の指針としては、押出ビーム駆動用モータの駆動負
荷値の挙動により、炭化室炉壁面の状態が類推できれば
極めて有効である。

【０００９】従来の押出し負荷の管理方法としては、押
出ビーム駆動用モータの電流値の最大値により管理を行
う方法（特開平１−２４７４８３号公報）、押出ビーム
駆動用モータの電流値あるいはモータトルク値の波形に
より判断する方法（特開平８−５３６７６号公報）、押
出ビーム駆動用モータの電力消費量の過去の平均値との
差異によって判断する方法（特開平８−１３４４５８号
公報）が提案されている。

【００１０】また、炭化室炉壁面へのカーボン付着状態
の把握方法としては、コークス押出機の押出電流を検出
し、その押出電流のピーク値以降の異常電流ピーク値か
らカーボン付着状況を検知する方法（特公昭５５−５５
５８号公報）、各窯毎のコークス押出機にかかる押出負
荷を、電力の時間積算値または電流の時間積算値に変換
して検出し、予め各窯の履歴に基づいて各窯毎に設定し
た基準値と対比し、カーボン付着を検知する方法（特公
昭６０−４２３８号公報）、コークス押出機が受ける荷
重の経時変化を測定し、測定した荷重のピーク値の窯出
し開始からの経過時間までにコークス押出機が移動した
距離を求め、この距離に基づいて炭化室炉壁面に付着し
たカーボン位置を検出する方法（特開昭６２−３４９８
２号公報）が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１−２４７
４８３号公報に開示の方法は、押出電流値の上昇が炉壁
面へのカーボン付着に起因るのか、炉壁面の肌荒れや欠
損等の損傷に起因するものであるか判断できず、炉壁面
の目視観察による判断を必要とする。また、特開平８−
５３６７６号公報に開示の方法は、１炉団に数十ないし
百余の炭化室を有するコークス炉で、毎日全ての窯の電
流記録計のチャート紙の波形をチェックするのに多大の
労力を必要とする。さらに、特開平８−１３４４５８号
公報に開示の方法は、上記特開平１−２４７４８３号公
報に開示の方法と同様に、押出電力消費量の上昇が炉壁
面へのカーボン付着に起因るのか、炉壁面の肌荒れや欠
損等の損傷に起因するものであるか判断できず、炉壁面
の目視観察による判断を必要とする。

【００１２】また、上記特公昭５５−５５５８号公報に
開示の押出電流のピーク値以降の異常電流ピーク値から
カーボン付着状況を判断する方法は、１炉団に数十ない
し百余の炭化室を有するコークス炉で、毎日全ての窯の
電流記録計のチャート紙の波形をチェックするのに多大
の労力を必要とし、かつ、炭化室炉壁カーボン付着によ
る異常電流ピーク値は必ずしも出現するものではない。
また、特公昭６０−４２３８号公報に開示の電力の時間
積算値または電流の時間積算値を予め各窯の履歴に基づ
いて各窯毎に設定した基準値と対比し、カーボン付着を
検知する方法は、押出負荷の上昇が炉壁面へのカーボン
付着に起因するのか、炉壁面の肌荒れや欠損等の損傷に
起因するものであるか判断できず、炉壁面を目視観察に
より判断してその後の対応を決定しており、迅速な対応
ができなかった。さらに、特開昭６２−３４９８２号公
報に開示の測定した荷重のピーク値の窯出し開始からの
経過時間までにコークス押出機が移動した距離からカー
ボン位置を検出する方法は、炉壁面へのカーボン付着に
起因するのか、炉壁面の肌荒れや欠損等の損傷に起因す
るものであるか判断できず、炉壁面を目視観察により判
断してその後の対応を決定しており、迅速な対応ができ
なかった。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、コークス押出し時に押出ビーム駆動用モータにか
かる駆動負荷の上昇が、炉壁面へのカーボン付着に起因
するものか、炉壁面の肌荒れや欠損等の損傷に起因する
ものかを明確に判別できるコークス炉炭化室のカーボン
付着の検知方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のカーボン付着の
検知方法は、押出ビーム駆動用モータの電流値または電
力値から算出される押出全区間に亘るモータトルク値か
ら加速トルク値、ブレーキトルク値を減算して求めた押
出トルク値のうち、押出トルクピーク値が、予め設定し
た閾値を超えると異常窯と判断し、押出トルク値を押出
全区間に亘り積算して押出トルク積算値を求め、該押出
トルク積算値を押出トルクピーク値で除算してカーボン
指数を求め、該カーボン指数に基づいて押出トルク値の
増大が付着カーボンに起因するものか、炉壁面や底面の
肌荒れまたは欠損等の損傷に起因するものかを判別する
こととしている。このように、押出ビーム駆動用モータ
の電流値または電力値から算出される押出全区間に亘る
モータトルク値から加速トルク値、ブレーキトルク値を
減算して求めた押出トルク値は、加速トルク値、ブレー
キトルク値による外乱が除去され、真の押出力を表すこ
ととなる。したがって、押出トルク値の押出トルクピー
ク値と、予め設定した押出トルクピーク閾値を比較する
ことによって、正常窯と異常窯とを容易に判別すること
ができる。さらに、前記カーボン指数は、押出過程全体
に亘る押出トルク値の増大分が押出トルクピーク値の増
大分より大きくなると高くなる、すなわち、カーボン指
数が高くなるとカーボン付着量が増大していることを示
す。また、逆に押出過程全体に亘る押出トルク値の増大
分が押出トルクピーク値の増大分より小さくなると低く
なる、すなわち、カーボン指数が低くなると炉壁面損傷
に起因するものと判別できる。したがって、予め定めた
カーボン指数閾値を設定しておき、算出したカーボン指
数と比較することによって、押出負荷の増大が付着カー
ボンに起因するものか、炉壁面や底面の肌荒れまたは欠
損等の損傷に起因するものかを判別することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】コークス押出し時の押出ビーム駆
動用モータにかかるモータトルク値は、押出ビーム駆動
用モータの電流値または電力値から算出することができ
る。また、加速トルク値は、モータ回転数から算出する
ことができる。さらに、ブレーキトルク値は、渦流ブレ
ーキの渦電流から算出することができる。したがって、
押出全区間に亘るモータトルク値から加速トルク値、ブ
レーキトルク値を減算して求めた押出トルク値は、図５
に実線で示す波形を示すが、モータトルク値はコークス
収縮開始点では、ブレーキトルク値変動が介在し、コー
クス押出完了前に加速トルク値が、また、コークス押出
完了時にブレーキトルク値変動が介在するため、図５に
破線で示すとおり、実線で示す押出トルク値とは異なっ
た波形を示す。

【００１６】したがって、押出全区間に亘るモータトル
ク値から加速トルク値、ブレーキトルク値を減算して求
めた押出トルク値は、外乱を排除して真の押出力を表す
こととなる。押出全過程に亘る押出トルク値は、押出窯
の状況に応じて図３に示す波形で推移する。すなわち、
図３に実線で示したものは、炭化室炉壁面に欠損等の損
傷が存在する場合の波形、破線は炭化室炉壁面にカーボ
ンが多量付着している状態の波形、鎖線は正常窯の波形
を示している。図３に示すとおり、炉壁面に損傷が存在
する場合の実線ならびに炉壁面にカーボンが多量付着し
ている場合の破線は、鎖線で示す正常窯に比較し、押出
トルクピーク値や刻々の押出トルク値も高くなるが、両
者の波形には明らかな相違が見られる。

【００１７】すなわち、炉壁面に損傷が存在する場合
は、損傷部分に噛み込んだコークスを動かすのに要する
力が必要となるため、全体としてコークスの移動開始に
要する力が大きくなり、押出トルク値のピーク値は高い
値を示すが、一旦損傷部分のコークスが移動を開始する
と、その後の押出トルク値は低下してくる。これに対
し、炉壁面にカーボンが多量付着している場合は、押出
トルク値のピーク値は炉壁面に損傷が存在する場合に比
較して小さいが、カーボン付着により炭化室の窯幅が全
体的に狭くなるため、押出全区間に亘って押出トルク値
は高くなる。

【００１８】本発明では、押出トルク値のピーク値に予
め閾値を設け、算出した押出トルクピーク値が閾値を超
えると異常窯と判定し、押出全区間に亘り押出トルク値
を積算して押出トルク積算値を求め、該押出トルク積算
値を押出トルクピーク値で除算してカーボン指数を求め
ることによって、カーボン付着状況を判断するのであ
る。すなわち、カーボン指数が高くなるのは、押出全区
間に亘る押出トルク値の増大分が押出トルクピーク値の
増大分より大きくなることであり、これは前記したとお
りカーボン付着量が増大していることを示すものであ
る。一方、カーボン指数が低くなるのは、押出トルクピ
ーク値の増大分が押出全区間に亘る押出トルク値の増大
分より大きくなることであり、これは前記したとおり炉
壁面に損傷が存在する場合を示すものである。

【００１９】したがって、予め炉壁面補修基準値または
空窯実施基準値を定めておき、異常窯についてカーボン
指数と比較することによって、炉壁面補修基準値未満の
場合は炉壁面補修実施、空窯実施基準値を超える場合は
空窯実施を出力でき、炉壁面補修か、付着カーボンを焼
落とすための１サイクル空窯かを迅速に判断することが
できる。

【００２０】本発明におけるカーボン指数を求めるため
のコークス押出し時に押出ビーム駆動用モータにかかる
押出トルク値の押出全区間に亘る積算は、押出ビーム駆
動用モータに電力計または電流計を設置して電力量また
は電流量を検出し、検出した電力量または電流量からモ
ータトルク値を算出し、前記により算出した加速トルク
値およびブレーキトルク値を減算した押出トルク値を積
算すればよい。また、押出トルク積算値の内の押出トル
クピーク値は、押出トルク値の演算値から抽出すればよ
い。

【００２１】

【実施例】

実施例１ 炉高６０００ｍｍ、炉幅４５０ｍｍ、炉長１５５６０ｍ
ｍ、有効容積３７．９ｍ³の窯数１０６門からなるコー
クス炉で、目標炉温１０２０℃、稼働率９５％の実操業
において、図１に示すとおり、押出ビーム１の駆動用モ
ータ４に電力計を設置し、各窯毎にコークス押出し時に
押出ビーム１の駆動用モータ４にかかるモータトルク値
を電力量から押出全区間に亘り算出すると共に、モータ
回転数から加速トルク値を、渦流ブレーキの渦電流から
ブレーキトルク値を算出し、モータトルク値から加速ト
ルク値およびブレーキトルク値を減算して押出トルク値
を求めた。そして異常窯の判定は、日毎の押出トルクピ
ーク値の平均値と標準偏差を算出し、平均値（１１．７
Ｔｏｎ）＋｛標準偏差（４．１Ｔｏｎ）×３｝の値（２
４．０Ｔｏｎ）を閾値とし、閾値（２４．０Ｔｏｎ）よ
り高い値の窯を異常窯と判定し、該異常窯の押出トルク
値を積算して押出トルク積算値を求め、押出トルク積算
値を押出トルクピーク値で除算してカーボン指数を求め
た。上記により求めた２か月間の異常窯５８窯につい
て、カーボン指数に基づき異常原因を調査した。その結
果を表１に示す。なお、カーボン指数に基づく異常原因
の判定は、カーボン指数１３．５未満は炉体損傷大、カ
ーボン指数１５超はカーボン付着大、カーボン指数１
３．５〜１５は損傷小または損傷箇所不明と判定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示すとおり、カーボン付着が大きい
６窯は、カーボン焼落とし空窯の実施を必要とするもの
であった。また、表１に示す炉体損傷大の１８窯は、目
視点検においても炉壁の損傷が確認された。さらに、損
傷小または損傷箇所不明の３４窯については、補修を必
要とするまでの損傷ではないか、あるいは目視点検では
損傷箇所が特定できない窯であった。

【００２４】実施例２ カーボン付着量を定量化するために、前記実施例１と同
一のコークス炉で、本発明におけるカーボン付着指数と
カーボン付着量実測値との関係を求めた。図２は、その
結果を示すもので、横軸に本発明のカーボン付着指数、
縦軸に実測値を示す。カーボン付着実測方法は、付着カ
ーボン量が多いと思われる時点で焼落とし空窯を実施測
定したもので、必ずしも通常操業では焼落とし空窯の実
施が不必要な場合も実施した。カーボン付着量実測値
は、コークス押出し直後にコークス炉中央部の装炭口か
ら１ｍ下方の位置で炭化室の幅を測定し、ついで焼落と
し後同位置にて同様に炭化室の幅を測定し、その差分で
表わした。したがって、カーボン付着量実測値は、その
両側壁面の付着量が示されている。

【００２５】図２に示すとおり、カーボン指数とカーボ
ン付着量実測値との間には、明確な相関があり、カーボ
ン指数が高くなるほどカーボン付着量も増大している。
また、図２中に斜線で示した部分は、炭化室内目視点検
の結果、通常操業でカーボン焼落とし空窯を実施すべき
炭化室であり、カーボン指数にある基準値、例えば、カ
ーボン指数１５を閾値として設けることによって、カー
ボン焼落とし空窯を速やかに実施できるものとして十分
な有用性がある。

【００２６】

【発明の効果】本発明のカーボン付着の検知方法は、コ
ークス押出し時に押出ビーム駆動用モータにかかる押出
トルクピーク値上昇時に、予め定めた押出トルクピーク
値の閾値を超えると異常窯と判定すると共に、該異常窯
の押出トルク値を押出全区間に亘り積算して求めた押出
トルク積算値を、押出トルクピーク値で除算して求めた
カーボン指数に基づき、この駆動トルク値上昇が炭化室
炉壁面の損傷に起因するものか、炉壁面へのカーボン付
着に起因するものかを判別できる。また、各炭化室のカ
ーボン指数を管理することによって、カーボン焼落とし
空窯実施時期を事前に計画でき、コークス炉安定操業に
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコークス押出し時の押出トルク値演算
の概要を示す説明図である。

【図２】実施例２におけるカーボン指数とカーボン付着
量実測値との関係を示すグラフである。

【図３】コークス押出し時の正常窯、炉壁面損傷窯、カ
ーボン多量付着窯の押出全区間に亘る押出トルク値の変
動の概略説明図である。

【図４】従来のコークス押出し時の駆動負荷値の測定の
概要を示す説明図である。

【図５】コークス押出し時の押出全区間に亘る駆動負荷
値の変動の概略を示すチャートである。

【符号の説明】

１ 押出ビーム ２ ラック ３ ピニオン ４ 駆動用モータ ５ 減速機 ６ スラスターブレーキ ７ 渦流ブレーキ ８ コークス炉炭化室 ９ 鎧戸 １０ コークス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス押出し時に押出ビーム駆動用モ
   ータにかかる押出負荷からコークス炉炭化室のカーボン
   付着を検知する方法において、電流値または電力値から
   算出されるモータトルク値から加速トルク値およびブレ
   ーキトルク値を減算して押出全区間に亘る押出トルク値
   を求め、該押出トルク値のピーク値が予め定めた閾値を
   超えると異常窯と判定し、該異常窯の押出トルク値を押
   出全区間に亘り積算して求めた押出トルク積算値を、押
   出トルクピーク値で除算してカーボン指数を求め、該カ
   ーボン指数に基づいて押出負荷の増大が付着カーボンに
   起因するものか、炉壁面や底面の肌荒れまたは欠損等の
   損傷に起因するものかを判別することを特徴とするコー
   クス炉炭化室のカーボン付着の検知方法。