(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化室の炉壁に相当する側壁にＶ字状の欠損部を形成した押出負荷測定装置を用いた試験用コークスケーキの押出し試験によって、押出し力に対する反力を加えないで押出しを行って、前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を測定し、測定されたコークス押出負荷に基づいて、実コークス炉炭化室の炉壁に存在するＶ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を推定する方法であって、
前記側壁に形成されたＶ字状の欠損部の谷深さと前記測定されたコークス押出負荷に基づいて、Ｖ字状の欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係を予め求めておき、
実コークス炉炭化室における炉壁のプロファイル情報から得られた、該炉壁に存在するＶ字状の欠損部の谷深さから、前記予め求めておいたＶ字状の欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係に基づいて、実コークス炉炭化室における前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を求めることを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
【請求項２】
前記炉壁のプロファイル情報から、実コークス炉炭化室におけるコークス押出負荷を求めるにあたり、請求項１に記載の方法により推定された前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を、炉壁の凹凸情報に基づいて推定された押出負荷に加算することを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水平室式コークス炉のコークス押出し時において、特に、炭化室の炉壁に損傷がある場合に、乾留後のコークスケーキを炭化室から押出す際、押出し機および炉壁がそれぞれ受ける負荷を推定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のコークス炉操業では、コークス品質及び生産性の向上を狙って炭化室内へ装入する石炭の水分を低減させる方法が多く取り入れられている。その結果、石炭の装入（充填）密度が上昇する傾向にあり、コークスケーキを押し出す際に、炭化室の側壁（炉壁）にかかる荷重が上昇し、これにともないコークス押出し負荷も増加する傾向にある。
また、建設されて３０年以上が経過して炉体の老朽化が進展しているコークス炉も増えており、そのような長期間稼動しているコークス炉の炭化室では、炉壁や炉底で損傷（凹凸、煉瓦角欠け、表面肌荒れ、等）が進展している。
【０００３】
その結果、炭化室からコークスケーキを押出す際に、炉壁面とコークスケーキ表面との間の相互作用が大きくなり、押出しに必要な力や炉壁に作用する荷重がさらに増加している。
操業条件の変化によってコークスケーキと炉壁面との隙間が小さくなったり、炉壁の損傷などにより局所的に炉壁の強度が低下していると、押出しに必要な力が押出し機の能力を上回ったり、押出し中に炉壁煉瓦が破孔するなど、大きなトラブルにつながる可能性が著しく増大する。
このため、炭化室からコークスケーキを押出すのに必要な力や炉壁に作用する荷重（炉壁押し圧）を事前に評価し、押出し機や炭化室の炉壁に過度の荷重が付加されないようにすることがより重要になっている。
【０００４】
コークス炉の炭化室からコークスケーキを押出す際に必要となる力は、非特許文献１に示されているように、コークスケーキを移動させるときに、炉壁や炉底から受ける抵抗で決まるものであり、その抵抗を決める具体的な要因として、炭化室の炉壁面や炉底面の凹凸、炉壁煉瓦表面や炉底煉瓦表面の粗度（摩擦係数）、炉壁の強度（押出し時の炉壁の変位）などがあるが、このうち、炉壁表面に形成された凹凸の影響が最も大きいと考えられる。
【０００５】
このような状況の中で、特許文献１などに示されるように、炭化室炉壁の形状を炉壁面の炉長方向及び炉高方向、炉壁面の厚み方向を３次元的に測定し、炉壁面のプロファイルを定量的に把握する技術が開発されて、炭化室炉壁の補修やコークスケーキ押出し力の推定に炉壁プロファイル情報を用いることができるようになってきた。
【０００６】
本発明者らも、特許文献２、３のように、炉壁に形成された凹凸が、コークスケーキ押出し力や炉壁荷重に与える大きさを測定する押出負荷測定装置を開発し、その装置を用いたコークスケーキ押出し試験によって、炉壁に存在する凹凸が押出負荷に与える影響を評価し、さらに、炉壁プロファイル情報から得られた炉壁凹凸の形状や位置のデータから、炉壁に局所的に存在する個々の凹凸が押出し力や炉壁荷重に与える影響を評価する技術や、特許文献４のように、個々の凹凸の影響を炉壁全体に広げて、コークスケーキ全体の押出負荷を推定する技術を開発してきた。
【０００７】
さらに、本発明者らは、このような凹凸の影響について、個々の凹凸の形状や凹凸の存在位置を数値化した「抵抗指数」が押出し力と良好に対応していることを見出し、特許文献５に示される技術を開発している。
この技術では、炭化室の炉壁面を複数の領域に区分けし、炭化室の炉壁面のプロファイルから、区分けした領域に凹凸がある場合に、コークスの押出し時に、その凹凸によってコークスが受ける局所的な抵抗を、局所抵抗指数として指標化し、導出した局所抵抗指数を集計して炭化室の炉壁面全体における抵抗指数を導出し、予め求められた抵抗指数と押出負荷との関係からコークスケーキの押出負荷を求めるようにしている。
【０００８】
以上のような技術によって、押出し機で炭化室から乾留後のコークスケーキを押出すのに必要な力や炉壁に作用する力（又は、押し圧）を評価する精度は向上してきたが、本発明者らは、さらに精度の向上を目指して、炉壁プロファイルデータを詳細に解析した。
その結果、長期稼働のコークス炉炭化室の炉壁面や炉底面には、凹凸の他にも肌荒れや煉瓦の欠損が数多く認められ、それらがコークスケーキの押出し力や炉壁押し力を増加させる原因になっていることが予想された。
【０００９】
図３（ａ）、（ｂ）に、特許文献１に記載されているコークス炉炭化室の炉壁面診断補修装置によって得られた、コークス炉炭化室の炉壁プロファイルの一例を示すが、炉壁面を形成する耐火煉瓦の目地部に沿った欠損部の存在が数多く認められる。
なお、図３（ａ）は、炭化室の炉壁面全体の損傷深さに応じてマッピング表示したものである。また、図３（ｂ）は、（ａ）に示す炉壁面の一部分についての表面プロファイルを詳細に示したものであり、矢印で示した部分が煉瓦の目地部に沿った欠損部である。
【００１０】
この欠損部は、耐火煉瓦の目地部に沿った端部が欠けること（角欠けという）によって形成されるもので、形成される谷部の大きさによっては、押出し負荷への影響が予想される。しかし、従来、炉壁煉瓦の目地部に沿って存在する欠損部がコークスケーキの押出し力に与える影響を定量的に評価する手法は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ００−５５５７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８３３７号公報
【特許文献３】特開平２００９−２０９２９０号公報
【特許文献４】特開平２００８−３０３２３９号公報
【特許文献５】特開２００８−２０１９９３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「Ironmaking Conference Proceedings」 AIME、１９９８年、１１５５−１１５９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明では、コークス炉炭化室の炉壁煉瓦の目地部に角欠けによって欠損部が形成されている場合、その欠損部が、コークスケーキの押出し力や炉壁押し力にどのような影響を与えるかを評価して、実コークス炉炭化室の炉壁の表面形状を測定して得られた炉壁プロファイル情報から、コークスケーキ押出し時の押出し力や炉壁押し力を精度よく推定することができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
長期間稼動したコークス炉の炭化室においては、上記のように炉壁煉瓦の角欠けによる欠損部の存在が確認されている。本発明者らは、そのような欠損部がコークス押出負荷に与える影響について検討した。炉壁面の耐火煉瓦の角欠けによる欠損部を模擬的に再現した側壁を作成し、これを前述の押出負荷測定装置に取り付けて、欠損部の大きさの程度がコークス押出負荷に与える影響について調べた。
その結果、炉壁面に存在する欠損部によるコークス押出負荷への影響は、欠損部の谷深さと特定の関係にあるという知見を得た。
そして、前述の炉壁面診断補修装置で得られた炉壁面の表面プロファイルより、炉壁面に存在する欠損部の谷深さを求め、予め求めておいた欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係を用いて、炉壁欠損部に由来するコークス押出負荷を推定するようにして上記課題を解決した。
【００１５】
そのような本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）炭化室の炉壁に相当する側壁にＶ字状の欠損部を形成した押出負荷測定装置を用いた試験用コークスケーキの押出し試験によって、押出し力に対する反力を加えないで押出しを行って、前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を測定し、測定されたコークス押出負荷に基づいて、実コークス炉炭化室の炉壁に存在するＶ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を推定する方法であって、
前記側壁に形成されたＶ字状の欠損部の谷深さと前記測定されたコークス押出負荷に基づいて、Ｖ字状の欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係を予め求めておき、
実コークス炉炭化室における炉壁のプロファイル情報から得られた、該炉壁に存在するＶ字状の欠損部の谷深さから、前記予め求めておいたＶ字状の欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係に基づいて、実コークス炉炭化室における前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を求めることを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
（２）  前記炉壁のプロファイル情報から、実コークス炉炭化室におけるコークス押出負荷を求めるにあたり、上記（１）に記載の方法により推定された前記Ｖ字状の欠損部に起因するコークス押出負荷を、炉壁の凹凸情報に基づいて推定された押出負荷に加算することを特徴とするコークス押出負荷の推定方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コークス炉の炭化室炉壁のプロファイル情報から、炉壁煉瓦の角欠けによる欠損部についての情報を得て、その欠損部の存在による影響を考慮して、コークスケーキ押出し時におけるコークス押出負荷を精度よく推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】コークス押出負荷測定試験によって得られた、炉壁表面の欠損部の谷深さとコークス押出負荷との関係を示す図である。
【図２】炉壁に炉壁煉瓦の角欠けによって形成された欠損部が存在する場合を想定したコークス押出し負荷測定試験の概略を説明するための図である。
【図３】炉壁面診断補修装置によって得られた炉壁プロファイルの一例を示す図であり、（ａ）は、炭化室の炉壁面全体を損傷深さに応じてマッピング表示したもの示し、（ｂ）は、（ａ）に示す炉壁面の一部分についての詳細な表面プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
コークス炉の炭化室からコークスケーキを押出す際には、押出し機ラムによってコークスケーキに付加された押出方向の力の一部が側圧として炉壁面に作用する（例えば、非特許文献１参照）。炉壁面に、炉壁煉瓦の角欠けによって形成された谷状の欠損部が存在すると、欠損部の谷深さによっては、欠損部内に形成されたコークスケーキの突起部が、欠損部から脱出するときに欠損部の斜面から反力を受けるため、それにともなってコークスケーキの押出し力と炉壁押し力も増大する。そのため、欠損部による押出し負荷への影響を評価することが必要となる。
【００１９】
本発明者らは、欠損部による影響を評価するに先立ち、前記のような炉壁面診断補修装置を用いて欠損部の状態を調査した。その結果、炉壁煉瓦の目地部に沿って形成される欠損部は、Ｖ字状の谷を形成していることを確認した。
そこで、特許文献２、３に示されるような押出負荷測定装置に、Ｖ字状の欠損部を有する側壁を取り付けて、試験用コークスケーキの押出負荷測定試験を実施し、欠損部が押出し負荷に与える影響を調べることにした。図２に、測定装置および試験の概略を示す。
【００２０】
この装置では、試験用コークスケーキ１の前後に押出し側と受け側の当て板４、５を配置し、それぞれの当て板を油圧シリンダ（図示せず）に接続して、試験用コークスケーキ１に対し押出し力Ｆｐを加え、試験用コークスケーキ１を押出し側と受け側の当て板４、５で挟みながら押出すようになっており、また、コークスケーキ１の両側面には、コークス炉の炭化室炉壁に相当する左右の側面パネル２、３を油圧シリンダ（図示せず）を介して保持するようになっている。
【００２１】
この装置では、試験用コークスケーキ１を押出す際、押出し力Ｆｐに対してコークス炉炭化室の炉長方向の想定位置に応じた一定の反力Ｆｒを加えながら押出すことができる。
実コークス炉では炭化室のＰＳ（押出し機側）からＣＳ（コークガイド車側）に行くにしたがって、炉幅が徐々に広がるテーパー構造となっている場合があり、ＰＳからＣＳにかけて炉長方向にコークスケーキ内を伝達する力（または、圧力）が減少する。あるいは、炉幅がテーパー構造となっていない場合でも、押出し力の一部は炉壁方向に分散することにより、コークスケーキ内を伝達する力が同様に減少する。
このため、この炉長方向の位置の違いによるコークスケーキに作用する力（または、圧力）の違いを擬似的に再現するために、炉長方向の位置を想定した反力を付加する。
【００２２】
なお、炉長方向の位置の違いによる反力Ｆｒの値は、実コークス炉における押出し力ＦｐｓとＰＳ端からの距離ｘに基き設定することができる。すなわち、コークスケーキのＰＳ端で発生した押出し力ＦｐｓはＣＳ端に向かって直線的に減衰し、ＣＳ端でゼロになると考えられるため、ＰＳ端から任意の距離ｘにおける反力Ｆｒ（ｘ）は、Ｆｒ（ｘ）＝Ｆｐ（１−ｘ／Ｌ）で求められる。ただし、Ｌは炉長方向のコークスケーキ長さである。
【００２３】
試験用コークスケーキ１の押出し時の押出し力Ｆｐと反力Ｆｒの測定は、当て板４、５の外側にロードセル（図示せず）を複数個設置して行う。また、側面パネル２、３の外側にも同様にロードセルを設置し、押出し時にコークスケーキにより側面パネル２、３が受ける壁押し力Ｆｗを測定する。
【００２４】
炭化室の炉壁表面に欠損部が存在することを想定したコークス押出し負荷測定試験を実施するために、図２に示すように、側面パネル２、３に取付ける側壁材６、７の一方の側壁材７に、実コークス炉の欠損部を模したＶ字状の谷部８を形成しておく。例えば、側壁材をコークス炉炭化室の炉壁と同様の耐火煉瓦を並べて構成し、隣接する耐火煉瓦の対向する端部を斜めに切欠いて谷部８を形成する。また、欠損部の大きさによる押出し負荷への影響を調査するために、谷部８の谷深さの異なる複数の側壁材を準備しておく。
なお、この試験では、Ｖ字状の谷部（欠損部）を一方の側壁材７にだけ設けたが、実コークス炉の実態に合わせて、両側の側壁材６、７に設けても良い。
【００２５】
上記のコークスケーキの押出負荷測定装置を用いた押出し試験においては、まず、石炭を小型電気乾留炉で乾留して得られた所定サイズ（例えば、長さ６００×高さ３７０×幅４３０ｍｍ）の試験用コークスケーキ１を、装置の側壁材６、７及び押し側および受け側の当て板４、５で囲まれる空間に配置する。
このとき、試験用コークスケーキ１を構成するコークス塊の側壁に対向する面には、側壁に形成された谷部８の形状に対応する突起部９を形成しておく。また、コークス塊と側壁材６、７の間の空隙量を、実コークス炉の実態に合わせてそれぞれ所定の値に調整しておく。
【００２６】
この空隙量の値としては、特に規定するものではないが、実コークス炉でのコークスと片側の炉壁との空隙量の代表的な値として２．５ｍｍ程度が例示できる。
このようにするのは、実コークス炉では、石炭は炭化室の壁面に沿って充填され、乾留後のコークスケーキの表面は、壁面に倣った形状をしているからである。また、乾留中に、コークスが炉幅方向に収縮することにより、炉壁面とコークスとの間に隙間が形成されるためである。
【００２７】
さらに、必要に応じて、コークスケーキの上部に所定の重さの錘を積載する。その際に、実コークス炉と同様の荷重がかかるように、コークスケーキ１の上部に錘６を載置することが好ましい。ここで、錘の質量は、コークスケーキの密度と実コークス炉で想定しているコークスの高さにより設定することができる。
【００２８】
次に、図示しない押出し用油圧シリンダ装置を作動させ、当て板４を介してコークスケーキ１に押出し力Ｆｐを付与して押出しを開始する。
Ｖ字状の谷部（欠損部）の押出し負荷に対する影響は、押出し機による押出し力がコークスケーキを通してＣＳ端に到達する前に発現するため、コークス押出しの初期であると考えられるので、この試験では、押出し力に対する反力を加えないで押出しを行った。
【００２９】
押出しの開始後、試験用コークスケーキ１は、付与された押出し力によって移動する。その際、試験用コークスケーキ１の突起部９が谷部８を抜け出て側壁材７の平滑面上に乗り上げるときに、突起部９は谷部８の斜面から反力を受けるため、押出し負荷が増大する。押出中に側面パネル２、３にかかる壁押し力Ｆｗ及び押出し力Ｆｐのそれぞれを、当て板４、５と側面パネル２、３の外側に設置したロードセルにより、連続的に測定する。
【００３０】
上記のようなコークス押出し試験を、深さの異なる谷部（欠損部）８が形成された側壁材を用いて実施して、それぞれの場合の壁押し力Ｆｗ及び押出し力Ｆｐを測定した。得られたコークス押出し力及び壁押し力の最大値と、押出し試験で用いたそれぞれの側壁の欠損部の谷深さとの関係を図１に示す。
ここで、欠損部の谷深さとは、欠損部のない側壁部分の水平面に対して、Ｖ字状の欠損部の頂部までの垂直方向の距離を意味している。
【００３１】
図１より、欠損部の谷深さが浅い場合には、コークス押出し力及び壁押し力のいずれも、谷深さに影響されず、押出し負荷への影響は小さい状態にあるが、谷深さがある値（図１では、１０ｍｍ）以上になると、谷深さが深くなるにつれて、コークス押出し力及び壁押し力ともに直線的に増加することがわかる。
谷深さが浅いときに負荷が増加しないのは、上記のように、石炭を乾留してコークスケーキを作成するさいに、高温域でコークスケーキが収縮するため、コークスケーキと側壁材との間に隙間Ａがあるとともに、コークスケーキの幅方向中央部にも隙間Ｂがあり、それらの隙間によって負荷が緩和されたためと考えられる。この試験では、隙間Ａが両側で合計５ｍｍであり、隙間Ｂが１４ｍｍと推定される。
【００３２】
したがって、実コークス炉で使用する装入炭を用いて小型電気乾留炉で試験用コークスケーキを作成し、上記のような押出負荷測定装置に、上記のような種々の谷深さの欠損部を有する側壁材を取り付けて、側壁材毎に、試験用コークスケーキの押出し負荷測定試験を行い、押出し力と側壁が受ける荷重を測定する。
得られた測定値を基に、押出し負荷への影響が生じる基準となる欠損部の谷深さ、及び、欠損部の谷深さと押出負荷との関係を求めておく。
【００３３】
そして、実コークス炉の炭化室における炉壁プロファイルの測定データから欠損部の存在が認められた場合、個々の欠損部の谷深さから、前記基準となる谷深さ以上の谷深さの欠損部について、予め求めておいた谷深さと押出負荷との関係に基づき、コークス押出し時の個々の欠損部に起因する押出負荷を推定するようにする。
【００３４】
また、以上のようにして求めた、炉壁に存在する個々の欠損部に起因する押出負荷を、実コークス炉の炭化室からコークスケーキ全体を押出す際の押出負荷の推定に利用するには、公知の方法で推定されたコークス押出負荷に、微小凹凸領域に起因する押出負荷を加算すればよく、例えば、特許文献５に記載の押出負荷の推定方法に適用するには、次のようにする。
【００３５】
すなわち、特許文献５では、炭化室の炉壁面を炉長さ方向および炉高さ方向の複数の領域に区分けし、炭化室の炉壁面のプロファイルから区分けした領域ごとの凹凸情報を求め、区分けした領域に凹凸がある場合に、コークスケーキの押出時に、その凹凸によってコークスケーキが受ける局所的な抵抗を局所抵抗指数として指標化し、導出した局所抵抗指数を集計して炭化室の炉壁面全体における抵抗指数を導出し、予め求めておいた抵抗指数と押出負荷との関係からコークス押出負荷を求めるようにしている。
その際に、さらに、以上のようにして求めた炉長方向および炉高方向の複数の領域における欠損部による押出負荷を、炉壁凹凸と同様に指数化して、欠損部がある領域の局所抵抗指数に加算すればよい。
【００３６】
欠損部によるコークス押出負荷を考慮しない場合には、押出負荷の予測値が、実際の押出負荷よりも小さく評価される可能性がある。そのような評価に基づいて、コークス押出条件（炭化室からコークスケーキを押し出すタイミング）を設定した場合、過大なコークス押出負荷が発生し、押し詰まりや炉壁損傷が発生する危険性が生じる。
これに対して、上述したように、本発明法で求められる炉壁の局所領域の欠損部による押出負荷の影響を加算すれば、コークス押出負荷の予測精度をより一層向上させることができ、前記のような操業上のトラブルが発生する可能性を低下させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    試験用のコークスケーキ
２、３    側面パネル
４    押出し側当て板
５    受け側当て板
６、７    側壁材
８    側壁材に設けた欠損部
９    試験用のコークスケーキに設けた突起部
Ｆｐ    押出し力
Ｆｗ１、Ｆｗ２    壁押し力
【図１】
0005605105.tif 000002
【図２】
0005605105.tif 000003
【図３】
0005605105.tif 000004