(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、
（ｗ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、
（ｘ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、単体のスロット煉瓦のスロット数を解体前より増加し、伝熱面積を増大して、解体前と同じ熱交換量とする条件で、解体前の高さを低減して構築し、
（ｙ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、蓄熱室の高さの低減分、高くして構築し、
（ｚ）炉頂デッキの厚みを、下記（１）式で算出する炉壁強度Ｋ値が１０ｋＰａ以上となるようにして構築することを特徴とするコークス炉の再構築方法。
Ｋ＝２（ＭT1/2＋ＭB1/2）2／（ＥＩ2）                      ・・・（１）
ただし、ＭT＝ＥＡＢＤＳD
ＭB＝Ｄ［ＥＡＢＤＳD＋ＥＤＣＤＳL＋２Ｇ（Ｉ−Ｃ）ＥＳL
＋（Ｄ−２Ｇ）Ｆ（Ｉ−Ｈ−Ｃ）ＳL］
ここに、ＳD：炉頂デッキ部比重
ＳL：炉壁比重
【請求項２】
窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）を、解体前の窯芯ピッチより大きくして構築することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の再構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、老朽化したコークス炉を解体し、生産性の高いコークス炉を再構築する方法と、該方法で構築したコークス炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、コークス炉においては、炉床構造体の上に蓄熱室を構築し、その上に、耐火煉瓦で構築した炭化室と燃焼室が交互に配置されている。炭化室と燃焼室を構築する耐火煉瓦は、コークス炉の稼動で損耗する。特に、炭化室と燃焼室を区画する炉壁の損耗は、コークス押出時のトラブルの原因となるので、炉壁の損耗程度を監視し、損耗の著しい部分には不定形耐火物を吹付けて補修する。
【０００３】
炉壁の損耗が激しいと、コークス押出時に、炉壁の一部が脱落する破孔が生じることがある。炉壁に破孔が生じると、破孔部分に耐火煉瓦を積み上げて、破孔部分を補修する必要がある。
【０００４】
いずれにしても、炉壁の補修には、所要の日数が必要で、その間、操業を停止しなければならないので、コークス炉の生産性は低下する。さらに、炉壁補修の頻度が高くなると、生産性は極度に低下する。そこで、コークス炉の補修方法が、これまで幾つか提案されている（特許文献１〜３、参照）。
【０００５】
上記提案の補修方法により、炉寿命の延長を図ることができるが、近年、長期の稼動に加え、生産性の向上のため操業条件が過酷化し、コークス炉全体の老朽化が加速するとともに、炉壁補修の頻度が上昇している。それ故、長期稼動のコークス炉においては、炉壁補修による炉寿命の延長には限度があり、また、炉壁補修頻度の上昇で、生産性が極度に低下している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−００２４９１号公報
【特許文献２】特開２００１−０１９９６８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、長期稼動のコークス炉の現状に鑑み、該コークス炉を解体し、再構築することを前提とするところ、単に、解体前と同じコークス炉を構築するのではなく、生産性が、解体前に比べより向上したコークス炉を構築することを課題とし、該課題を解決するコークス炉の再構築方法と、該方法で構築したコークス炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。
【０００９】
その結果、コークス炉を保持する炉床構造体の上に、コークス炉を再構築する際、(a)蓄熱室の高さを低減し、(b)その低減分、炭化室及び燃焼室の炉高を高くすると、解体前と同じ総炉高（蓄熱室の高さを含む炉高）を維持しつつ、炭化室の容積を増加できるので、コークス炉の生産性が向上するとともに、炉上部に配置している既存の付帯設備がそのまま使用できることが判明した。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１）炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、
（ｗ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、
（ｘ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、単体のスロット煉瓦のスロット数を解体前より増加し、伝熱面積を増大して、解体前と同じ熱交換量とする条件で、解体前の高さを低減して構築し、
（ｙ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、蓄熱室の高さの低減分、高くして構築し、
（ｚ）炉頂デッキの厚みを、下記（１）式で算出する炉壁強度Ｋ値が１０ｋＰａ以上となるようにして構築することを特徴とするコークス炉の再構築方法。
Ｋ＝２（ＭT1/2＋ＭB1/2）2／（ＥＩ2）                      ・・・（１）
ただし、ＭT＝ＥＡＢＤＳD
ＭB＝Ｄ［ＥＡＢＤＳD＋ＥＤＣＤＳL＋２Ｇ（Ｉ−Ｃ）ＥＳL
＋（Ｄ−２Ｇ）Ｆ（Ｉ−Ｈ−Ｃ）ＳL］
ここに、ＳD：炉頂デッキ部比重
ＳL：炉壁比重
【００１２】
（２）窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）を、解体前の窯芯ピッチより大きくして構築することを特徴とする前記（１）に記載のコークス炉の再構築方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炭化室の容積が、解体前に比べ増加するので、生産性の高いコークス炉を提供することできる。また、本発明によれば、コークス炉の総炉高が解体前と同じであるので、炉上部に配置した既存の付帯設備をそのまま使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】室式コークス炉の基本構造を示す図である。（ａ）は、炉長方向の断面構造を示し、（ｂ）は、炉幅方向の断面構造の一部を示す。
【図２】須賀・下川の式（式（１））で用いる記号の意味を示す図である。
【図３】蓄熱室内に置かれるスロット煉瓦の構造を模式的に示す図である。（ａ）は、従来型のスロット煉瓦構造を示し、（ｂ）は、再構築に用いる高効率型のスロット煉瓦構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の発明）
本発明は、炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、
（ｗ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、
（ｘ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、単体のスロット煉瓦のスロット数を解体前より増加し、伝熱面積を増大して、解体前と同じ熱交換量とする条件で、解体前の高さを低減して構築し、
（ｙ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、(y1)高さは、蓄熱室の高さの低減分、高くして構築し、
（ｚ）炉頂デッキの厚みを、下記（１）式で算出する炉壁強度Ｋ値が１０ｋＰａ以上となるようにして構築することを特徴とする。
Ｋ＝２（ＭT1/2＋ＭB1/2）2／（ＥＩ2）                      ・・・（１）
ただし、ＭT＝ＥＡＢＤＳD
ＭB＝Ｄ［ＥＡＢＤＳD＋ＥＤＣＤＳL＋２Ｇ（Ｉ−Ｃ）ＥＳL
＋（Ｄ−２Ｇ）Ｆ（Ｉ−Ｈ−Ｃ）ＳL］
ここに、ＳD：炉頂デッキ部比重
ＳL：炉壁比重
【００１７】
以下、第１の発明について図面に基づいて説明する。
【００１８】
まず、図１に、室式コークス炉の基本構造を示す。図１（ａ）に、炉長方向の断面構造を示し、図１（ｂ）に、炉幅方向の断面構造の一部を示す。コークス炉においては、炉床支持構造体１の上に蓄熱室２が配置され、その上に燃焼室３と炭化室４が交互に配置されている（図１（ｂ）、参照）。燃焼室３と炭化室４は、天井壁５で覆われている。蓄熱室２には、燃料ガス供給路７から燃料ガスが送り込まれ、空気供給路８から空気が送り込まれる。空気と燃料ガスは、予熱された後、燃焼室で燃焼する。燃焼排ガスは、蓄熱室を通り、蓄熱煉瓦と熱交換をした後、煙道６を通して煙突から排出される。
【００１９】
次に、図２に示す各部の寸法を用いて、本発明のコークス炉の再構築方法（以下「本発明方法」ということがある。）を具体的に説明する。
【００２０】
本発明方法は、長期にわたり稼働して老朽化が進み、生産性が低下した室式コークス炉を対象とする。再構築の実施では、まず、炉床支持構造体（図１、参照）上の煉瓦構造物（蓄熱室、及び、燃焼室と炭化室）を解体し、次に、この炉床支持構造体の上に新たな蓄熱室、及び、炭化室と燃焼室を構築する。
【００２１】
このとき、総炉高Ｈ（＝燃焼室又は炭化室の高さＨｂ1＋蓄熱室の高さＨａ1＋炉頂デッキの高さＨｄ1）は一定のまま、蓄熱室の高さＨａ2を、解体前の蓄熱室の高さＨａ1より、ΔＨａ（＝Ｈａ2−Ｈａ1）低くして蓄熱室を構築する。
【００２２】
なお、下付き添え字１は、解体前を意味し、下付き添え字２は、再構築後を意味する。以下、同じである。
【００２３】
蓄熱室の高さの低減分（ΔＨａ）にて、炭化室の高さ拡大（ΔＨｃ）と炉頂デッキの増加（ΔＨｄ）を行う。ΔＨｃ、ΔＨａ、ΔＨｄの各寸法は、ΔＨａ＝ΔＨｃ＋ΔＨｄを満足させ、総炉高を変えずに構築するのが、本発明の特徴である。
【００２４】
（蓄熱室の高さ（Ｈａ）の決定方法）
蓄熱室は、燃焼排ガスと燃料ガスの熱交換を行い、排ガスの顕熱を有効に利用するために設置されており、蓄熱室内は多数のスロット煉瓦が配置されている。蓄熱室の熱交換性能は、主に、スロット煉瓦の伝熱面積と通過する気体の速度に依存して決まる。そこで、蓄熱室の高さを解体前より低くするために、高効率の耐火煉瓦を用いて熱交換効率を向上させる。
【００２５】
図３に、蓄熱室内に置かれるスロット煉瓦の構造を模式的に示す。図３（ａ）に、従来型のスロット煉瓦構造を示し、図３（ｂ）に、再構築に用いる高効率型のスロット煉瓦構造を示す。図３（ｂ）に示すように、単体のスロット煉瓦のスロット数を増加し、伝熱面積を増大した高効率スロット煉瓦を使用する。
【００２６】
高効率スロット煉瓦を使用することにより、蓄熱室の高さを解体前より低くしても、解体前と同じ熱交換性能を得ることが可能である。例えば、伝熱面積が１．５倍の高効率型の煉瓦を用いることで、解体前の蓄熱室の高さＨａ1が２．４ｍであったものが、再構築後にはＨａ2を１．９ｍにできる。
【００２７】
（炭化室高さ（Ｈｃ）とデッキの高さ（Ｈｄ）の決定方法）
炉高を高くした場合、炭化室に装入した石炭の膨張圧及びコークス押出時の側圧が大きくなることから、炉壁強度不足が発生する。必要な炉壁強度は、炉頂デッキ厚（Ｈｄ、Ｂ）の増加で確保する。再構築するコークス炉の炭化室の寸法において、炉高のみを拡大する場合は、炉頂デッキ厚により炉壁強度を向上させることが経済的である。
【００２８】
再構築するコークス炉の炉頂デッキの厚みは、須賀・下川の式（下記式（１））（コークスサーキュラー，２０（１９７１），Ｎｏ．２，ｐ．１１１．）により算出する炉壁強度K値が１０ｋＰａ以上となるように決める必要がある（Y. Suga, E. Shimokawa: Ironmaking Proceedings, A.I.M.E, ｖｏｌ．２９，１９７０，ｐ．９、参照）。
【００２９】
Ｋ＝２（ＭT1/2＋ＭB1/2）2／（ＥＩ2）                      ・・・（１）
ただし、ＭT＝ＥＡＢＤＳD
ＭB＝Ｄ［ＥＡＢＤＳD＋ＥＤＣＤＳL＋２Ｇ（Ｉ−Ｃ）ＥＳL
＋（Ｄ−２Ｇ）Ｆ（Ｉ−Ｈ−Ｃ）ＳL］
ここに、ＳD：炉頂デッキ部比重
ＳL：炉壁比重
なお、式（１）中の文字は、図２に示した箇所の長さを意味する。
【００３０】
通常、炭化室の容積を最大に採るので、須賀・下川の式のＫ値は最小の基準値そのもの（１０ｋＰａ）を採用する。この時、炉高（Ｈｃ）と炉頂デッキ（Ｈｄ）の高さのそれぞれが、一意に決まる。これら数値に従って、燃焼室と炭化室の高さＨｂ2を高くして、燃焼室と炭化室を構築する。
【００３１】
即ち、再構築したコークス炉においては、解体前と同じ総炉高Ｈかつ解体前と同じ窯芯ピッチのもとで、燃焼室３と炭化室４の高さ（Ｈｃ2）＞解体前の燃焼室と炭化室の高さ（Ｈｃ1）である。この点が、本発明方法の特徴である。
【００３２】
そして、再構築コークス炉の総炉高Ｈは、解体前と同じであるので、コークス炉の上部に配置されている既存の付帯設備は、そのままの位置で使用することができる。
【００３３】
（第２の発明）
再構築するコークス炉において、解体前のコークス炉に比べて炉温を上昇させることで、第１の発明に加えて、更に、窯芯ピッチＷ2（炭化室の幅Ｗｃ2＋燃焼室の幅Ｗｂ2）を、解体前の窯芯ピッチＷ1より大きくして構築することが好ましい。これによって、炉高の拡大に加えて炭化室の幅の拡大も行え、さらなる生産性の向上が可能となる。
【００３４】
ここに、炭化室の幅Ｗｃを拡大した場合においても、炉壁強度は低下するため、炉壁強度の向上が必要となる。再構築するコークス炉の炭化室の寸法において、炉高と炭化室の幅の両者を拡大する場合、窯芯ピッチの拡大により炉壁強度を向上させることがより経済的である。
【００３５】
また、再構築コークス炉において、炭化室の幅を拡大した場合、炭化室の中央で、コークス押出時のトラブルの原因となる乾留不足が生じることが懸念される。炭化室の幅の拡大により炭化室中央部への伝熱速度が低下し、乾留時間が延長する。
【００３６】
これに対し、燃焼室への燃料ガスおよび空気量を増加し、燃焼室温度を従来の燃焼室温度より高くすることで、再構築コークス炉においても解体前と同等の乾留時間の確保が可能となる。
【００３７】
この最高温度において、解体前と同等の乾留時間が確保可能な炭化室の幅Ｗｃ2を設定する。このＷｃ2と、蓄熱室に高効率のスロット煉瓦を採用して、拡大した炉高Ｈｂ2に対して、窯芯ピッチを広げて炉壁強度を確保する。必要な炉壁強度は、第１の発明と同様に、須賀・下川の式により算出され、炉壁強度K値が１０ｋＰａ以上となることが必要である。
【００３８】
最高炉温から導かれるＷｃ2とＨｂ2を基準とし、須賀・下川の式から炉壁強度K値が１０kPaとなる様にすると、窯芯ピッチＷ2が一意に決定される。
【００３９】
これにより、燃焼室と炭化室の高さ（炉高）Ｈｂ2を高くし（その結果、コークス炉の総炉高Ｈは同じ）て、かつ、窯芯ピッチＷ2（＝炭化室４の幅Ｗｃ2＋燃焼室３の幅Ｗｂ2）を、解体前の窯芯ピッチＷ1（＝炭化室４の幅Ｗｃ1＋燃焼室３の幅Ｗｂ1）より大きくして燃焼室と炭化室を構築する。
【００４０】
また、前記のように、燃料ガスおよび空気量を増加させて燃焼室温度を上昇させるには、炉壁煉瓦の物理性状を満足させるだけでなく、環境負荷などの制約を満足させる必要がある。
【００４１】
通常、再構築前から大気汚染防止法によるＮＯxの規制値があるので、再構築時に燃焼量を増加させてもかかる基準を満足させるために、低ＮＯx燃焼技術、例えば、排ガスサーキュレーションや低ＮＯxバーナーを採用して対処する。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００４３】
（実施例）
４０年稼働した、総炉高約１２ｍ、炉高５．５ｍ、窯芯ピッチ１３００ｍｍ（炭化室の幅４５０ｍｍ、燃焼室の幅８５０ｍｍ）のコークス炉を解体し、総炉高約１２ｍ、炉高６．０ｍ、窯芯ピッチ１３８０ｍｍ（炭化室の幅４７０ｍｍ、燃焼室の幅９１０ｍｍ）のコークス炉を再構築した。
【００４４】
蓄熱室には、伝熱面積が従来の１．５倍となる高効率形のスロット煉瓦（図３（ｂ）、参照）を採用することで、蓄熱室の高さを２．４ｍから１．９ｍに０．５ｍ低減でき、その分、炉高を０．５ｍ高くした。最構築したコークス炉の諸元は以下に従って決定した。
【００４５】
解体前のコークス炉の蓄熱室の高さは２．４ｍで、蓄熱室内にはウェブ・スロットとも１６ｍｍのスロット煉瓦が配置されている。これに対して、ウェブ・スロットが１１ｍｍの高効率型のスロット煉瓦（伝熱面積１．５倍）を採用した場合、熱交換計算から必要な蓄熱室の高さは１．９ｍと算出される。この分、炉高を５．５ｍから６．０ｍに高くすることができた。
【００４６】
一方、解体前のコークス炉は、窯芯ピッチ１３００ｍｍ、炭化室の幅４５０ｍｍ（燃焼室の幅８５０ｍｍ）であり、燃焼室温度１２００℃にて操業を行っていた。このときの乾留時間は１８．４時間であった。現在の技術において、炉壁煉瓦の物理性状および環境負荷などの制約から、燃焼室温度は１２７０℃での操業が可能である。
【００４７】
この燃焼室温度１２７０℃において、乾留時間が約１８．４時間となるのは、伝熱モデルによる計算から、炭化室の幅（仮の値）が５１０ｍｍと算出される。
【００４８】
前述の炉高を０．５ｍ高くし、炭化室の幅を６０ｍｍ広げた場合、炉壁強度Ｋ値は約２０％低下するが、この炉壁強度を解体前と同じにするためには、窯芯ピッチを１４３０ｍｍに広げる必要がある。このとき、設置可能な窯数は解体前のコークス炉９０門に対して８２門となる。
【００４９】
設置門数が低下し、解体前のコークス炉と同一の乾留時間とした場合、既設の付帯設備を流用する場合に能力の不足が発生する。解体前のコークス炉に設置されている流用する設備の１つである移動機械は、押出本数が１２４本／日の能力を有している。
【００５０】
新しく構築するコークス炉の門数が低下する場合、同じ移動機械を使用して、生産性を最も高めるには、解体前のコークス炉と同じ１２４本／日の押出を行うことが最も効率が良く、この押出本数を確保するためには、設置門数が低下した分の乾留時間を短縮する必要がある。この乾留時間の短縮には、炭化室の幅を、伝熱計算から求めた仮の値５１０ｍｍより狭くする必要がある。
【００５１】
上記から、最高炉温から算出される炭化室の幅５１０ｍｍを狭くして乾留時間を短縮し、かつ、押出本数１２４本／日、炉高６．０ｍを満たす炭化室の幅と窯芯ピッチ及び設置門数と乾留時間は、炭化室の幅４７０ｍｍ、窯芯ピッチ１３８０ｍｍ、乾留時間１６．４時間、設置門数を８４門となる。炭化室と炉芯ピッチのこの組み合わせが、最も生産効率が良くなる。
【００５２】
この結果、コークス炉の総炉高および押出本数が同じであるので、既設の付帯設備を利用することができ、再構築後、直ちに、操業を開始することができた。
【００５３】
さらに、再構築のコークス炉においては、コークスの押出回数は１２４回／日から１０９回／日に低下することから、発塵などの環境負荷の低減が期待できる。また、コークス炉の稼働率が低下するため、コークス炉の炉寿命の延長も期待できる。
【００５４】
本手法は、コークス炉の装入する石炭の性状および装入する石炭の条件に応じて適用することができ、いずれの場合においても適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
前述したように、本発明によれば、炭化室の容積が、解体前に比べ増加した、生産性の高いコークス炉を提供することできる。また、本発明によれば、総炉高が、解体前と同じコークス炉であるので、炉上部の既存の付帯設備をそのまま使用することができる。よって、本発明は、コークス製造産業において利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００５６】
１    炉床支持構造体
２    蓄熱室
３    燃焼室
４    炭化室
５    天井壁
６    煙道
７    燃料ガス供給路
８    空気供給路
Ｈ    コークス炉の総炉高
Ｈａ    蓄熱室の高さ
Ｈｂ、Ｉ    炉高（燃焼室または炭化室の高さ）
Ｈｄ、Ｂ    炉頂デッキの高さ
Ｗｂ    燃焼室の幅
Ｗｃ    炭化室の幅
Ｗ、Ａ    コークス炉の窯芯ピッチ（＝Ｗｂ＋Ｗｃ）
下付き添え字１：解体前であることを示す数字
下付き添え字２：再構築後であることを示す数字
【図１】
0005867221.tif 000002
【図２】
0005867221.tif 000003
【図３】
0005867221.tif 000004