(57)【要約】【課題】コークス炉において、前の操業で置き時間が予め設定した時間より超過したような場合でも、炭化室からコークスを押出す際の押出負荷を精度良く推定できるようにする。【解決手段】予め試験炉を用いて種々の炉温で乾留したコークスの押出し試験を、コークスケーキと炉壁との間隙量を変化させて行い、コークス押出し圧と炉壁押し圧を測定して、前記間隙量とランキン係数の関係を乾留した炉温毎に求め、得られたランキン係数と前記間隙量及び炉温との関係から、コークスケーキと炉壁の間隙量、および炉温を変数としてランキン係数を表す関数関係を予め求めておき、  前回のコークス押出し時の炉温、および今回の押出し時のコークスケーキと炉壁との間隙量から、前記関数関係を用いて、今回の押出し時のランキン係数を予測し、該予測したランキン係数に基づいて炭化室からコークスを押出すのに必要な力を推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室からコークスを押出すのに必要な力を推定するコークス押出力の推定方法において、
予め試験炉を用いて種々の炉温で乾留したコークスの押出し試験を、コークスケーキと炉壁の間隙量を変化させて行い、コークス押出し圧と炉壁押し圧を測定して、前記間隙量とランキン係数の関係を乾留した炉温毎に求め、
得られたランキン係数と前記間隙量及び炉温との関係から、コークスケーキと炉壁の間隙量、および炉温を変数として、ランキン係数を表す関数関係を予め求めておき、
前回のコークス押出し時の炉温、および今回の押出し時のコークスケーキと炉壁との間隙量から、前記関数関係を用いて、今回の押出し時のランキン係数を予測し、
該予測したランキン係数に基づいて炭化室からコークスを押出すのに必要な力を推定することを特徴とするコークス押出力の推定方法。
【請求項２】
ランキン係数を下記式で表される関数関係に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載のコークス押出力の推定方法。
ランキン係数＝ｋ1×(Ｘｃ)2＋ｋ2×(Ｘｃ)＋ｋ3×Ｔ2＋ｋ4×Ｔ＋ｋ5
ここで、Ｘｃはコークスケーキと炉壁との間隙量、Ｔは前回のコークス押出し時の炉温、ｋ1〜ｋ5は係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平室式コークス炉において乾留後のコークスを炭化室から押出す際、押出しに必要な力（押出力）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おり、石炭の装入（充填）密度が上昇する傾向にある。その結果、コークスを押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に必要な力も増加する傾向にある。
【０００３】
また、長期間稼動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、そのようなコークス炉の炭化室では、炉壁にカーボンが付着して突起部（凸部）が形成されている場合も多い。
炭化室の炉壁に突起部が存在するとその分だけ炉幅（炉壁間距離）が狭くなる。そのような炉幅が狭くなった狭窄部をコークスケーキが通過する際、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、押出負荷がさらに増加することになる。
【０００４】
このような状況の中で、コークス押出力が押出し機の能力を上回って、押詰まりが発生したり、押出し中に炉壁煉瓦が破孔したりするなどの大きなトラブルにつながる可能性が増大している。
このため、炭化室からコークスを押出すのに必要な力を、事前に評価（推定）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。
【０００５】
乾留後のコークスを炭化室から押出す際の押出負荷は、ランキン係数で評価することができる。ランキン係数は、側圧転換率ともいわれるもので、押出し機でコークスを押出す圧力が炉壁を押す圧力に転換する割合、すなわち、（炉壁押し圧／押出し圧）と定義される。このランキン係数が小さいほどコークス押出し時の押出し側圧が小さくなり、より小さい押出力（押出負荷）で押出しができることを示している。
【０００６】
このランキン係数は、コークスケーキと炉壁間の間隙が小さいほど増大することが、例えば特許文献１によって知られており、このようなランキン係数をもとにコークス炉の操業を管理する技術として、特許文献２に開示された技術がある。
特許文献２では、乾留後のコークスケーキと炉壁の間の隙間に加え、コークスの粒度がコークスの押出力にとって重要であるという知見をもとに、炉温とコークス収縮率との関係、及び炉温とコークス粒径Ｄの関係を求めておき、コークス収縮率からコークス−炉壁間の間隙Ｘｃを予測し、さらに、予め実験によりコークス−炉壁間の間隙Ｘｃ及びコークス粒径Ｄと、ランキン係数ｋとの関係を、下記のような関数関係で求めておく。
ｋ＝ｌＸｃ２＋ｍＸｃ＋ｎＤ２＋ｏＤ＋ｐ  （但し、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐは定数）
そして、これらの関係をもとに炉温からランキン係数を予測して、ランキン係数が設定値以上の場合には、炉温や乾留後の置き時間を調節することにより、コークス押出し性を向上させるコークス炉の操業方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８３７３０号公報
【特許文献２】特開２００８−２５５２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コークス炉の操業では、炭化室内のほぼ全石炭が溶融し、再固化して、発生ガス中のタール濃度が低下した時点を火落ちとし、通常は、この火落ち後、さらに、所定時間（「置き時間」という）炭化室内に保持して加熱した後、コークスは炭化室から押し出される。
その際、操業トラブル等で置き時間が予め設定した時間を超過して、乾留時間が通常より延びた場合、次の装入炭の乾留後の押出しでは押出負荷がしばしば増加するという問題がある。
しかし、特許文献1および特許文献２の方法では、乾留時間が通常よりも延びた場合についての影響を考慮しておらず、その場合の押出負荷を精度良く推定できないと考えられる。
そこで、本発明は、コークス炉の操業において、置き時間が予め設定した時間を超過したような場合でも、コークスの押出負荷を精度良く推定する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
置き時間が規定の時間を超過した場合、次の装入炭の乾留後の押出負荷が増加する原因について検討した結果、置き時間が規定の時間を超過した場合、その炭化室の炉壁煉瓦の温度が上昇しており、次の装入炭の乾留開始時に炉温（フリュー温度）が通常より高くなっていることが予想された。
そこで、コークス押出し時の炉温とランキン係数の関係を調べた結果、ランキン係数は、前回の押出し時の炉温と、今回押出し時のコークスケーキと炉壁の間の隙間量との関係で整理できることを見出した。そして、そのような関係に基づいて予測したランキン係数を用いて押出負荷を評価したところ、精度良く評価できることを見出した。
【００１０】
そのようになされた本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）  コークス炉の炭化室からコークスを押出すのに必要な力を推定するコークス押出力の推定方法において、
予め試験炉を用いて種々の炉温で乾留したコークスの押出し試験を、コークスケーキと炉壁の間隙量を変化させて行い、コークス押出し圧と炉壁押し圧を測定して、前記間隙量とランキン係数の関係を乾留した炉温毎に求め、
得られたランキン係数と前記間隙量及び炉温との関係から、コークスケーキと炉壁の間隙量、および炉温を変数として、ランキン係数を表す関数関係を予め求めておき、
前回のコークス押出し時の炉温、および今回の押出し時のコークスケーキと炉壁との間隙量から、前記関数関係を用いて、今回の押出し時のランキン係数を予測し、
該予測したランキン係数に基づいて炭化室からコークスを押出すのに必要な力を推定することを特徴とするコークス押出力の推定方法。
【００１１】
（２）ランキン係数を下記式で表される関数関係に基づいて予測することを特徴とする上記（１）に記載のコークス押出力の推定方法。
ランキン係数＝ｋ1×(Ｘｃ)2＋ｋ2×(Ｘｃ)＋ｋ3×Ｔ2＋ｋ4×Ｔ＋ｋ5
ここで、Ｘｃはコークスケーキと炉壁との間隙量、Ｔは前回のコークス押出し時の炉温、ｋ1〜ｋ5は係数である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、操業トラブル等で置き時間が超過して、乾留時間が予め設定した時間より延びた場合でも、次の装入炭の乾留後のコークス押出力を精度良く推定することができる。
このため、コークス押出負荷が所定の値を上回ることが予想された場合、押出負荷を軽減するようにコークス炉の操業条件や装入炭の性状を管理することで、押詰まり等のトラブルの発生を防止でき、その結果、コークスの生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】乾留−押出し試験炉と該試験炉を用いたコークス押出し試験の概要を説明するための図である。
【図２】コークス−炉壁間の間隙Ｘｃとランキン係数の関係を、乾留時の炉温毎に示す図である。
【図３】本発明に基づいて推定したランキン係数と実測したランキン係数との関係を示す図である。
【図４】実コークス炉の操業において、コークス押出力の実測値の推移と、ランキン係数の温度依存性を考慮した場合と考慮しない場合のコークス押出力の推定値の推移とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
本発明者らは、火落ち後の置き時間が規定の時間を超過した場合、次の装入炭の乾留後の押出負荷が増加する原因について検討した結果、置き時間が超過した場合、その炭化室の炉壁煉瓦の温度が上昇しており、次の装入炭の乾留開始時に炉温が通常より高くなっていることが予想された。
そこで、乾留開始時の炉温がランキン係数に与える影響を調査するため、相対的に低い炉温で連続的に乾留した場合と、それより高い炉温で連続的に乾留した場合のランキン係数の変化について、それぞれコークスと炉壁の間隙量を種々変化させて乾留−押出し試験を実施して調べた。
【００１５】
ランキン係数は、特許文献１、２に記載されているような、石炭の乾留と得られたコークスの押出し試験とを連続して行うことができる乾留−押出し試験炉を用いて測定することができる。図１にそのような試験炉の概略を示す（図１では乾留後の押出し試験の状態を示している。）。
【００１６】
この試験炉は、加熱面となる炉壁が、外力を加えても動かない固定壁２と外力がかかると動く構造になっている可動壁３から構成されており、その両側を炉蓋４で閉じた後、試験炉内に石炭を装入し、加熱して石炭を乾留してコークス６とする。その後、試験炉の一方の炉蓋をあけ、押出し機１のラム７でコークス６を他方の炉蓋４側に向けて押出し、可動壁３及びラム７に取り付けたロードセル５によって、炉長方向の押出し圧と炉壁に伝達される炉壁押し圧（両側の炉壁の圧力の総和）を測定し、これらの測定値からランキン係数を算出する。
【００１７】
測定に当たっては、まず、炉温を１１００℃として乾留後、試験炉の可動壁３を移動して、乾留後のコークス６と炉壁２、３の隙間量Ｘｃを調整して、製造されたコークスの押出し試験を実施し、以後、同じ炉温で、隙間量Ｘｃを変化させながら同様の乾留と押出し試験を連続して実施した。次いで、このような乾留と押出し試験を炉温１２００℃と１３５０℃でも実施した。
【００１８】
図２に、得られたコークスと炉壁の間隙量Ｘｃとランキン係数との関係を、炉温毎に示す。図２から、間隙量Ｘｃの低下とともにランキン係数は増加するが、炉温によってもランキン係数が変化しており、炉温が上昇するとランキン係数も増加することがわかる。
このような炉温の上昇とランキン係数の関係については、炉温が高いほど炭化室の炉壁温度も高いため、コークス粒径が低下することになり、この結果、押出し時の抵抗が増大して、ランキン係数が増加したものと推察される。
【００１９】
以上の試験によって、石炭装入時の炭化室の炉壁温度が高いと、ランキン係数も増加するという温度依存性があること、すなわち、石炭装入時の炭化室の温度によってランキン係数が変化する温度依存性があることが判明したが、石炭装入時の炭化室の温度を直接測定することは困難である。
そこで、石炭装入時の炭化室の温度に大きく影響している指標として、前回の押出し時の炉温Ｔを用いて、ランキン係数を特定の関数関係で表記することを考えた。そして、ランキン係数は、当該押出し時のコークスケーキと炉壁の間隙量Ｘｃにも依存するので、図２の実験結果を、今回押出し時の間隙量Ｘｃと前回の押出し時の炉温Ｔを変数として次の（１）式で近似した。
【００２０】
ランキン係数＝ｋ1×(Ｘｃ)2＋ｋ2×(Ｘｃ)＋ｋ3×Ｔ2＋ｋ4×Ｔ＋ｋ5  ・・・（１）
ここで、ｋ1〜ｋ5は係数である。
また、図２の実験結果を回帰分析して（１）式の各係数を求めたところ、得られた結果は、以下の通りであった。
k1=0.008238、k2=−0.04959、k3=−0.30895、k4=0.911969、k5=−0.53733
【００２１】
次に、（１）式の有効性を確認するために、前述の試験炉において押出の際に測定して得たランキン係数と、上記式（１）から計算して求めたランキン係数とを比較した。
上記式（１）を用いて推定されたランキン係数と試験炉で実測して得られたランキン係数の関係を図３に示すが、両者間には良好な対応関係があることが確認できた。
【００２２】
したがって、代表的な配合炭ごとに、乾留−押出し試験炉を用いて上記図２を求めた場合と同様の試験を行い、配合炭ごとに上記（１）式の係数ｋ1〜ｋ5を求めておけば、配合炭が異なった場合でも、ランキン係数を推定することができる。
【００２３】
なお、前回のコークス押出し時の炉温Ｔとしては、コークス押出し開始時から終了時までの任意の時点でのフリュー温度の測定値を用いることができる。
また、今回のコークス押出し時のコークスケーキと炉壁との間隙量Ｘｃは、実コークス炉で測定することは困難であるため、特許文献２に記載されているように、炉温とコークス収縮率より、計算で求めることが推奨される。
【００２４】
以上のようにしてランキン係数が得られれば、コークス押出力を、特許文献１、２に記載されているような公知の方法に基づいて推定することができる。すなわち、炉長方向の各位置において、押出し圧力とランキン係数から炉壁への押し圧力を算出し、これから炉壁摩擦力を算出し、これを、炉長方向と炉高方向の炭化室全体にわたって積分し、さらに、炉底摩擦力をコークス質量から算出して加えれば、コークス押出力を得ることができる。
【００２５】
以上のような本発明の有効性を確認するために、実コークス炉の操業において、一定期間にわたって、コークス押出力の実測値と推定値との比較を行った。
コークス押出力の実測値は、押出し機モーターに取り付けられたトルクメーターの指示値から算出した。
また、推定値は、ランキン係数の温度依存性を考慮しない場合（推定値１）と本発明に基づく、ランキン係数の温度依存性を考慮した場合（推定値２）について算出した。
【００２６】
推定値１では、当該の実コークス炉において、置き時間が予め設定した時間で操業された場合の、石炭装入時の炉温（フリュー温度）の実績値として、炉温が１２００℃でのコークス押出し試験から求めたランキン係数を用いて計算した。
推定値２では、前回の押出し時の炉温（フリュー温度）から前記（１）式の関係を用いて予測したランキン係数を用いて計算した。
いずれの場合も、当該押出し時のコークスケーキと炉壁との間隙量は、炉温とコークス収縮率の関係から、特許文献２に記載された方法により計算で求めた。
図４に、上記のようにして求めたコークス押出力の実測値、推定値１、推定値２を経過日数とともにプロットした結果を示す。
【００２７】
図４で、押出力の実測値が突出して増大している個所は、置き時間が予め設定した時間より超過して炉温が上昇した場合である。
炉温が大きく変動しない場合には、本発明に基づいてランキン係数の温度依存性を考慮した場合と、従来のランキン係数の温度依存性を考慮しない場合のいずれの場合も、実測値と良好な対応関係があることが示されている。
これに対し、炉温が上昇して、押出力が突出して増大した場合では、本発明に基づいて予測した場合には、実測値と良好な対応関係があることが示されていが、従来の場合は精度よく予測できないことがわかる。
【符号の説明】
【００２８】
１    押出し機
２    可動壁
３    側面パネル
４    炉蓋
５    ロードセル
６    コークスケーキ
７    押出し機のラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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