(57)【要約】【課題】定修直後とその後に装入した石炭との間の乾留時間差を抑え、押出負荷の抑制を目的とする。【解決手段】加熱した石炭を炭化室に装入して冶金用コークスを製造するコークス炉の操業方法において、前記炭化室に装入する石炭の装入温度を、前記コークス炉の定期修理に伴って低くし、定期修理完了後に低下前の温度に戻すのに際し、一旦前記炭化室に装入する石炭装入温度を低下前の温度より低い温度まで上げて装入する第１の工程と、その後低下前の温度まで装入温度を上げて装入する第２の工程とを有し、第２の工程は、定期修理完了直後に装入した石炭と同一在炉時間の装入炭が全てコークス炉より押し出しが完了した後に実施するコークス炉の操業方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した石炭を炭化室に装入して冶金用コークスを製造するコークス炉の操業方法において、前記炭化室に装入する石炭の装入温度を、前記コークス炉の定期修理に伴って低くし、定期修理完了後に低下前の温度に戻すのに際し、一旦前記炭化室に装入する石炭装入温度を低下前の温度より低い温度まで上げて装入する第１の工程と、その後低下前の温度まで装入温度を上げて装入する第２の工程とを有し、前記第２の工程は、定期修理完了直後に装入した石炭と同一在炉時間の装入炭が全てコークス炉より押し出しが完了した後に実施することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、石炭を装入して加熱、乾留し、製銑用のコークスを製造する設備である。このコークス炉には、事前処理設備や、付帯設備が付属する。事前処理設備は、石炭をコークス炉本体の炭化室に装入するまでに石炭を破砕、分級、加熱、混練等の処理を行う。一方、付帯設備には、石炭を炭化室に装入する石炭装入車や、乾留を終えたコークスを炭化室から取り出す押出機等がある。
【０００３】
石炭をコークス炉に装入するまでの事前処理設備の設備フローを図３に示した。
破砕機１で所定の大きさまで破砕された石炭は、流動床乾燥分級機等の加熱分級機２で常温から加熱して水分を取り除くとともに、０．３ｍｍを分級点として微粉炭と粗粒炭に分級される。０．３ｍｍ以下の微粉炭は、加熱分級機２で１６５℃程度に加熱されるが、そのまま炭化室に装入するには小さすぎるので、分級後、混練機３でバインダーを添加され混練され、成型機４で成形することにより所定の大きさとする。
一方、０．３ｍｍ超えの粗粒炭は、加熱分級機２で加熱、分級されて、２５０℃程度に加熱されるが、気流加熱等などの加熱機５によりさらに３３０℃程度に加熱される。
そして、成型機４で成形された微粉炭と加熱機５で加熱された粗粒炭は、混合されて、図示していない石炭装入車に装入され、石炭装入車からコークス炉６の炭化室に装入される。この炭化室に装入する石炭の装入温度（以下、装入炭温度と称す）は、２２５℃程度である。加熱分級機２、混練機３、成型機４、加熱機５が事前処理設備にあたる。
【０００４】
石炭の加熱、乾燥を行う事前処理設備、石炭装入車や押出機等の付帯設備は、連続で定常的に運転される。このような連続運転する事前処理設備、付帯設備は定期修理（月に２〜３回程度、予め決めた日時で行う点検、修理であり、以下、定修と称す）を行って、その保全を図ることが一般的に行われている。
【０００５】
前記付帯設備の定修を行う場合、炭化室への石炭装入および乾留の終わった赤熱コークスの押し出し等の通常の作業ができない。また定修の際に、コークス炉の炭化室の加熱を停止すると、炭化室を構成する煉瓦が損傷する恐れがあるので、事前処理設備や付帯設備の定修中も炭化室の温度を下げることができない。このため、例えば、炭化室からコークスが押し出される前に定修に入ると、前記乾留の終わった赤熱コークスは、高温の炭化室にそのまま留め置かれる。乾留済みのコークスが炭化室内に留め置かれる時間は、付帯設備を停止する５〜８時間程度である。
定修が長く、コークスが留め置かれる時間が長い場合には、炭化室内に侵入した空気によってその赤熱コークスの一部が燃焼してコークス粒径が小さくなったり、著しい場合には消失する場合がある。また、コークスの細粒化により、定修立ち上げ後にコークスを押し出す際の抵抗力（以下、押出負荷と記載）が上昇し、コークス押し出し不良のトラブル（押詰り等）を発生する要因となる。
特に、事前処理設備により、高温に加熱した装入炭を炭化室に装入して操業を行うコークス炉６においては、乾留に要する時間が短いため、定修中および定修後に前述の課題が顕著に発生する。
【０００６】
コークスの消失や、コークスの微粒化による押詰りを回避するために、例えば、特許文献１に記載される技術がある。
特許文献１には、定修に入る事前準備時期から装入炭温度を先立って低くすることで石炭が乾留するまでの時間を長くし、乾留完了後の赤熱コークスが炭化室内に留め置かれる時間を短くする方法が記載されている。また、定修完了後に装入炭温度を元の温度まで戻すことで、定修前と定修後に装入された石炭の乾留完了時期を等しくし、定修前に装入された石炭のコークス化後の過加熱による生産性の阻害を解決することを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４３９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法は、石炭装入温度を定修事前準備時期に低くし、定修完了後に装入炭温度を元の温度まで戻すことにより、定修前の装入炭と定修後の装入炭の乾留時期を等しくしようとする方法である。
【０００９】
ところが、定修で一旦停止させた事前処理設備は、加熱分級機２や加熱機５の温度が上がるまで時間がかかる。このため、定修後に再稼働しても、すぐには、連続運転時のように、装入炭温度を２２５℃とする十分な温度に加熱できない。一方で、再稼働した事前処理設備は、１２０℃以上程度に温度が上がったまま空焚きすると、設備が損傷するため、石炭を入れないまま温度を上げておくことはできない。また、仮に、定修後から、事前処理設備の温度が十分に上昇するまで石炭の加熱と装入を停止できたとしても、既に乾留が完了したコークスが、炭化室に長時間留め置かれることになる。これは、コークスを取り出して次の石炭を装入しないと、炭化室も空焚きされ炉壁の損傷の恐れがあるので先にコークスを取り出すことだけを実施することができないためである。したがって、定修後の再稼働直後では、連続運転での温度（装入炭温度２２５℃程度に加熱できる元の温度）になる前の低い温度（事前処理設備、および石炭温度約５０℃）で石炭を事前処理設備で加熱処理し、装入炭温度が低いまま炭化室に装入することが行われている。
【００１０】
このように、定修直後に事前処理設備で処理された石炭の装入炭温度は低いまま炭化室に装入され、その次に別の炭化室に装入される事前処理された石炭は、事前処理設備の温度が最初よりは高くなっているため、最初に装入された石炭よりは装入炭温度が高い。その後、順次、装入炭温度は所定の昇温速度で元の温度まで上昇していく。
石炭が、コークス炉６に装入されてから押し出されるまでの在炉時間は、低い装入炭温度で装入した石炭の乾留時間に律速されるため、その後装入炭温度が元の温度に達した際に装入される石炭の間には、乾留時間に大きく差があり、後に装入した石炭が過加熱となり押出負荷が上昇するという問題が生じた。
【００１１】
そこで本発明は、コークス炉の操業方法において、定修直後とその後に装入した石炭との間の乾留時間差を抑え、押出負荷の抑制を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決する本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）加熱した石炭を炭化室に装入して冶金用コークスを製造するコークス炉の操業方法において、前記炭化室に装入する石炭の装入温度を、前記コークス炉の定期修理に伴って低くし、定期修理完了後に低下前の温度に戻すのに際し、一旦前記炭化室に装入する石炭装入温度を低下前の温度より低い温度まで上げて装入する第１の工程と、その後低下前の温度まで装入温度を上げて装入する第２の工程とを有し、前記第２の工程は、定期修理完了直後に装入した石炭と同一在炉時間の装入炭が全てコークス炉より押し出しが完了した後に実施することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、定修後に各炭化室に装入した石炭の装入炭温度差を最小限に抑えることができるため、乾留時間の差を抑制することが可能となる。その結果、石炭の過加熱が抑えられることで押出負荷の改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の事前処理設備定修後の装入炭温度、乾留時間を示した図。
【図２】装入炭温度と乾留時間の関係を示した図。
【図３】事前処理設備の石炭加熱フロー図。
【図４】本発明の事前処理設備定修後の装入炭温度、乾留時間を示した図。
【図５】コークス炉設備のみ定修時における装入炭温度を示した図。
【図６】事前処理設備定修時における装入炭温度を示した図。
【図７】コークスの粒度と押し出負荷の関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
コークス炉６の付帯設備のみの定修の際、事前処理設備は稼働を停止し、コークス炉６の定修の終了後再び稼働を開始する。この時、再稼働直後に事前処理設備で処理されてコークス炉に装入される石炭の装入温度は、事前処理設備が停止中に低下した温度の約１１０℃である。事前処理設備の温度が上がるにつれて、装入される石炭の温度も上昇していき、事前処理設備の温度が停止前の温度まで上がった後に装入される石炭の装入温度は、再び元の温度である２２５℃まで昇温される。また、事前処理設備の定修の際は、設備の温度が下げられ、事前処理設備が完全に停止するため、再稼働直後に事前処理設備で処理されてコークス炉に装入される石炭の装入温度は、５０℃となる。定修終了後、事前処理設備の温度が上がるにつれて、装入される石炭の温度も上昇していき、事前処理設備の温度が停止前の温度まで上がった後に装入される石炭の装入温度は、再び２２５℃まで昇温される。石炭の装入温度は、定修からの時間の経過とともに、およそ５５℃／ｈｒで昇温される。そのため、コークス炉６の付帯設備のみの定修ではおよそ２時間後に元の温度（連続運転時の装入炭温度）である２２５℃に到達、また事前処理設備の定修においてはおよそ３時間後には２２５℃に到達することになる。
【００１６】
コークス炉６に石炭を装入する手順について、炭化室が６４室並んだ場合（６４窯並んだ場合）の具体例に挙げて説明する。なお、本発明は、この具体例に限定されるものではない。
説明の便宜上、この６４室を、端から順に、＃１窯〜＃６４窯の炭化室と名付ける。この６４の炭化室を、Ａグループ（＃１窯から５室おきの炭化室のグループ）、Ｂグループ（＃２窯から５室おきの炭化室のグループ）、Ｃグループ（＃３窯から５室おきの炭化室のグループ）、Ｄグループ（＃４窯から５室おきの炭化室のグループ）、Ｅグループ（＃５窯から５室おきの炭化室のグループ）の５つに分ける。
【００１７】
コークスを装入する場合は、＃１窯から隣の＃２窯の炭化室へと順に装入するのではない。上記のＡグループの炭化室に、＃１窯、＃６窯、＃１１窯・・・・というように石炭の装入が端から順に行われ、Ａグループの炭化室の装入が終了したら、同様の手順で、Ｅグループ、Ｂグループ、Ｄグループ、Ｃグループの順に、それぞれの炭化室に順に装入する。これは、温度の低い石炭を、隣同士に広く固まった範囲の炭化室に装入すると、その広範囲の炭化室の温度がすべて低下してしまうためである。こうなると、他の範囲との熱のバランスが悪く、コークス炉６に対して集中して負荷される熱応力が大きくなる。
【００１８】
このように、コークス炉６の操業はＡ〜Ｅグループの炭化室に順番に石炭を装入していく。ここで、一つのグループは約３時間で石炭の装入が完了する。これを考慮すると、事前処理設備の定修完了後に石炭を装入していく場合、＃１窯の炭化室には５０℃の石炭（以下、５０℃炭と称す。）、Ａグループの最終窯である＃６１窯の炭化室には概ね２２５℃まで加熱された石炭（以下、２２５℃炭と称す。）が装入されることになる。コークス炉６に装入されてから押し出されるまでの装入炭の在炉時間は、一つのグループでは、どの炭化室も一定であるため、＃６１窯の炭化室には２２５℃炭が装入されているが、在炉時間は＃１窯の炭化室の５０℃炭と同じ在炉時間で操業を行う。
【００１９】
図１に従来の石炭加熱方法における装入炭温度と石炭乾留時間を示す。例として、事前処理設備の定修後の、＃１窯と同じグループの最終窯である＃６１窯を例にとると、＃１窯の炭化室に石炭を装入後、３時間後の＃６１窯の炭化室への石炭装入時には装入炭温度が２２５℃に到達する。５０℃炭は乾留１７時間（装入時間を０として、昇温にかかる時間を含める）、コークス熟成時間３時間、装入から計２０時間後押し出される。一方、＃６１窯への石炭の装入は＃１窯の３時間後に行われ、乾留１３時間、コークス熟成時間３時間で、＃１窯への装入から計１９時間で押し出し準備が完了するため、５０℃炭押し出しの１時間前には押し出し準備が完了していることになる。
【００２０】
また、押出機は、＃１窯の押し出し後、石炭を装入した順番に、Ａグループの他の窯のコークスを押し出す。そのため、押出機が、＃６１窯まで回ってくるまでに、３時間かかる。その結果、＃６１窯の押し出しまでの４時間は過加熱領域となる。なお、コークス熟成時間は、押出負荷を低減させるために必要であり、この３時間のコークス熟成時間は、乾留時間によらず一定である。
【００２１】
定修完了直後の装入炭温度５０℃の装入から押し出しまでの時間は操業条件によらず一定であるため、この過加熱領域を抑制するには、後から装入されてくる石炭の押し出し準備完了時期、つまり石炭の乾留完了タイミングを遅らせることが必要になる。
【００２２】
これは、コークス炉６の炭化室の数が６４窯でなくとも、窯の数が、Ａグループに含まれる１０窯程度もあれば起こる問題である。通常、コークス炉６は１０窯程度以下ということはない。
【００２３】
＃１窯と＃６１窯のように、装入炭温度が異なる場合に乾留完了タイミングを合わせるために、装入炭温度と乾留時間の関係を測定した。
【００２４】
図２は、コークス炉６の炉温（燃焼室の温度）を１２７０℃一定に維持した状態で、前記装入炭温度を変更し、その時の乾留時間を調査した結果である。装入炭温度と乾留時間の間には図２ような相関があり、装入炭の最低温度である５０℃炭と、最高温度である２２５℃炭では、乾留時間におよそ４時間の差がある。つまり、上記の５０℃炭と２２５℃炭の在炉時間が同じとなる場合では、２２５℃炭は４時間分余分に加熱される事が分かる。
【００２５】
過加熱により、乾留後のコークスは、細粒化するが、過加熱の時間が長時間となり、乾留後のコークスの粒径が４３ｍｍ以下となると、特に押出負荷が大きくなる。過加熱による押出負荷の増加を抑制するためには、過加熱時間を短くする必要があることを見出し、そのためには、装入炭温度を一気に２２５℃まで上げるのではなく、段階を踏んで装入炭温度を上げればよいことがわかった。すなわち、元の装入炭温度である２２５℃未満にいったん上昇させる最初の工程（一つ目のステップ）を設けてから、その後、元の装入炭温度に上昇させる工程（ステップ）を設け、最低、２ステップで定修後の装入炭温度を元に戻す。
【００２６】
図４には、本発明の事前処理設備定修後の装入炭温度、乾留時間の一例を示した。図４において、５０℃炭を＃１窯に装入後、装入炭温度を上げるが、元の装入炭温度である２２５℃に上げる途中の１４０℃で、１４０℃炭を装入するステップを設けている。
【００２７】
図１と同様に、事前処理設備の定修後の、＃１窯と同じグループの最終窯である＃６１窯に注目すると、＃１窯の炭化室に石炭を装入後、３時間後の＃６１窯の炭化室への石炭装入時に、装入炭温度が１４０℃としている。５０℃炭は乾留１７時間（装入時間を０として、昇温にかかる時間を含める）、コークス熟成時間３時間、装入から計２０時間後押し出される。一方、＃６１窯は乾留１４．５時間、コークス熟成時間３時間、装入から計１７．５時間で押し出し準備が完了するため、＃１窯の５０℃炭押し出しの０．５時間後には押し出し準備が完了していることになる。この結果、＃６１窯の過加熱時間は、図１に示した４時間から、２．５時間に減少させることができる。
【００２８】
Ａグループの窯の装入が終わったら、Ｅグループ、Ｂグループ、Ｄグループ、Ｃグループの順に石炭を装入していくが、図４において、＃６１窯以降もＣグループの最後に装入される＃６３窯まで、１４０℃炭を装入している。Ｄグループの＃４窯と＃６４窯を例にとると、＃４窯、＃６４窯共に、＃６１窯と同様の１７．５時間で押し出し準備が完了するので、＃６１窯と同様に、２．５時間の過加熱時間となり、全体として、図１の場合よりも過加熱時間が低下している。
【００２９】
このような、定修後に元の温度まで装入炭温度を高くする際のステップは、途中のステップと、元の温度に上昇させるステップの２ステップでもよいし、３ステップ以上でもよい。ここでいう、ステップは、連続４室以上の装入炭温度が、同一である工程を意味し、図４で５０℃から１４０℃に上昇させるような工程はステップに含まれない。
【００３０】
また、２２５℃まで装入炭温度を戻すタイミングは、定期修理完了直後に５０℃の温度で装入した石炭と同一在炉時間の装入炭が、全てコークス炉６より押し出しが完了した後に実施することが好ましい。
【００３１】
さらに、定修後、＃１窯〜＃６４窯の炭化室（Ａ〜Ｅグループの炭化室すべて）に、一通り石炭が装入されるまでの最初の１バッチは、装入炭温度を元の温度より低い温度に加熱することが好ましい。
【００３２】
各窯中のコークスにおいて、好ましい過加熱時間は、２．５時間以下である。２．５時間を超えて過加熱されると、コークスの粒径が４３ｍｍを超え、図７に示したように押出負荷が著しく増大することを見出した。より好ましくは、２時間以下である。
【００３３】
図２の装入炭温度と乾留時間より、傾きを求めると、過加熱時間を２．５時間以下とするには、定修後、最初に装入される石炭の装入炭温度Ｔ１（℃）と、段階を踏んで上げるその段階の装入炭温度Ｔ（℃）との間に、以下の（１）式の関係が成り立つとよい。
（４／１７５）×（Ｔ−Ｔ１）＜２．５        （１）
過加熱時間を２時間以下とする、より好ましい（１）式の右辺は、２．０である。
【００３４】
また、同様に、図２の装入炭温度と乾留時間より、傾きを求めると、過加熱時間を２．５時間以下とするには、定修後に復帰する、元の石炭の装入炭温度Ｔ２（℃）と、段階を踏んで上げるその段階の装入炭温度Ｔ（℃）との間に、以下の（２）式の関係が成り立つとよい。
（４／１７５）×（Ｔ２−Ｔ）＜２．５        （２）
過加熱時間を２時間以下とする、より好ましい（２）式の右辺は、２．０である。
Ｔ１の範囲としては、付帯設備のみの定修を行う場合は、９０〜１３０℃（代表的には、１１０℃）、事前処理設備を含めた定修を行う場合は、５０〜７０℃（代表的には５０℃）が好ましい。また、Ｔ２の範囲としては、２００〜２５０℃（代表的には、２２５℃）が好ましい。
【００３５】
さらに、具体的な態様について説明する。
装入炭の温度上昇は２段階に分けられる。１段階目は図３中、加熱分級機２による石炭加熱によるものである。２段階目は１段階目に加え、粗粒炭を図３中、加熱機５により加熱したものである。装入石炭の温度上昇はこの２段階によって行われる。
【００３６】
従来は、再稼働の際に、装入炭温度が加熱分級機２の操業の最高温度まで達し次第、すぐに加熱機５を稼働していた。その結果、低温で＃１窯の炭化室に装入された石炭の在炉時間と、後から装入された石炭の在炉時間に差が生じていた。
【００３７】
図５、６に本発明の装入炭温度の推移について示した。図５は、付帯設備のみを定修した後、装入炭温度を上昇させる場合について示している。一方、図５は、付帯設備と事前処理設備を定修した後、装入炭温度を上昇させる場合について示している。図５、６中の「炉定修」は、付帯設備を定修したことを意味する。
【００３８】
図５において、装入炭温度は、再稼働直後の１１０℃から１７０℃のステップを経て、定修前の２２５℃に上昇させている（２ステップ）。これは、炉定修が完了した後、操業の再開とともに加熱分級機２を立上げることにより、装入炭温度を１７０℃まで上昇（１ステップ目）させている。その後、炉定修後の１１０℃石炭が装入された、６４の窯全ての装入炭が押し出されたタイミングで加熱機５を立上げ、装入炭温度が２２５℃まで上昇（２ステップ目）させた。これにより、過加熱時間が２．５時間から１．５時間に減少した。
【００３９】
図６において、装入炭温度は、再稼働直後の５０℃から１４０℃のステップを経て、定修前の２２５℃に上昇させている（２ステップ）。これは、炉定修が完了した後、操業の再開とともに加熱分級機２を立上げることにより、装入炭温度を１４０℃まで上昇（１ステップ目）させている。その後、炉定修後の５０℃石炭が装入された、６４の窯全ての装入炭が押し出されたタイミングで加熱機５を立上げ、装入炭温度が２２５℃まで上昇（２ステップ目）させた。これにより、過加熱時間が４時間から２時間に減少した。
【実施例】
【００４０】
従来例は定修後、装入炭温度復帰を１ステップで行った場合を示している。また、本発明例１、２は石炭温度復帰を２ステップに分割したものであり、付帯設備の定修後に装入された石炭がすべて押し出された後、加熱機５の立上げを行った操業を示している。従来例１、発明例１は炉定修のみのもの、両例２の欄は事前処理設備の定修も実施した場合である。
表１中で、復帰時期とは、表１中の定修完了直後から、表１中の復元時期、２バッチ後までの期間をいう。そして、復帰完了後とは、定修後の装入炭温度が定修前の操業に戻った後１バッチの期間をいう。各例において復帰時期の押出負荷を示した。表１の押出負荷の数値は、＃１〜６４窯の平均値である。
本発明例１、従来例１では、定修完了直後、＃１窯（バッチの最初に装入する窯）の装入炭温度は平均１１０℃である。そして、石炭を装入する窯の順序が進むにつれて、１１０℃の温度から５５℃／ｈｒで昇温されて、１バッチの途中で装入される窯で１７０℃となり、それ以降は６４番目に装入される窯まで１７０℃での装入温度とした。復元時期である２バッチでは、２バッチで石炭が装入される最初の１窯の装入炭温度は１７０℃で、昇温されて２バッチの途中で装入される窯の装入炭温度は２５５℃となり、それ以降は２２５℃の装入炭温度とした。
すなわち、表１の「定修完了直後」の温度は、復元時期１バッチ目の最初の１窯の装入炭温度、「復元時期１バッチ後」の温度は、復元時期２バッチの最初の１窯の装入炭温度、「復元時期２バッチ直後」の温度は、３バッチの最初の１窯の装入炭温度を示している。従来例２、本発明例２も同様である。
【００４１】
本発明例１、２においては、過加熱時間が２．５時間以下となった。その結果、表１に示したように、復元時期を２ステップ設けて温度上昇を行う操業とすることで、押出負荷が低減された。
【００４２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明により、乾留済みのコークスの過加熱時間が減少するため、押出負荷が低減される。その結果、コークスの製造の効率が向上し、製銑工程へのコークスの供給が容易となるという優れた産業上の利用性がある。
【符号の説明】
【００４４】
１…破砕機、２…加熱分級機、３…混練機、４…成型機、５…加熱機、６…コークス炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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