(57)【要約】【課題】生産性を低下させずにコークス押出力を低下するコークス炉の操業を提供する。【解決手段】(a)前記石炭の再固化温度以上、炉温Ｔ以下の温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1を測定し、(b)該コークス収縮率ＲT1と炉幅方向温度分布から、炭化室中心部の石炭が再固化して時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒを求め、(c)該コークス収縮率Ｒに基づいて、コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcを算出し、(d)前記(a)で求めたコークス収縮率ＲTと炉温Ｔに基づいてコークス粒径Ｄを算出し、(e)前記コークスケーキと炉壁間の間隙Ｘc、および、コークス粒径Ｄと、あらかじめ求めたコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘm、および、コークス粒径Ｄmとランキン係数ｋとの関係に基づいて、ランキン係数ｋが設定値以下となるように、置き時間および炉温を調整するコークス炉の操業方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭をコークス炉の炭化室に装入し、乾留した後、炭化室からコークスを押し出して排出するコークス炉の操業方法において、
（ａ）前記石炭の再固化温度以上、炉温Ｔ以下の範囲内での温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1を測定し、
（ｂ）該温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点、および、コークス押出時点のそれぞれの炉幅方向温度分布から、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒを求め、
（ｃ）該コークス収縮率Ｒに基づいて、コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcを算出し、
（ｄ）前記（ａ）で求めた炉温Ｔにおけるコークス収縮率ＲTと、炉温Ｔに基づいて、コークス粒径Ｄを算出し、
（ｅ）前記コークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcの算出値、および、該コークス粒径Ｄと、あらかじめ測定して求めたコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘm、および、該コークス粒径Ｄmとコークス押出性指標であるランキン係数ｋとの関係に基づいて、ランキン係数ｋを求め、
該ランキン係数ｋが、あらかじめ設定した設定値以下となるように、置き時間および炉温を調整することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】
前記（ｂ）において、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、
（ｂ１）前記温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向温度分布から、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ1を求め、
（ｂ２）前記温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、コークス押出時点の炉幅方向温度分布から、コークス押出時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ2を求め、
（ｂ３）コークス押出時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ2と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ1の差分から求めることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。
【請求項３】
前記（ｃ）において、前記コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcは、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じる炉幅方向のコークス収縮の中心が炉幅方向に均等に存在するとして求めることを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉の操業方法。
【請求項４】
前記（ｂ）において、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、下記（１）式により求め、
前記（ｃ）において、コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcは、下記（２）式により求め、
前記（ｄ）において、コークス粒径Ｄは、下記（３）式により求め、
前記（ｅ）において、ランキン係数ｋは、下記（４）式により求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコークス炉の操業方法。
【数１】
2008255299.tif 000007
ここで、ＴFは、炉幅方向各位置におけるコークス押出時のコークス温度（℃）、ＴSは、炉幅方向各位置における炭化室中心部の石炭が再固化した時のコークス温度（℃）、Ｗは、炉幅（ｍｍ）、Ｒjは、炉幅方向のｊ番の位置に収縮中心がある場合のコークス−炉壁間の間隙量に寄与する収縮率（％）、ｊは、１〜ｎ＋１の自然数、ｎは、自然数、ＲTは、炉温Ｔにおけるコークス収縮率（％）、Ｔは、炉温（℃）、ＸCは、コークス−炉壁間の間隙（ｍｍ）、Ｄは、コークス粒径（ｍｍ）、ａ〜ｐは、試験により求めた定数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室炉式コークス炉の操業方法に関するものであり、詳しくは、乾留後に炭化室からコークスを排出する際に、コークス押出力を低減し、安定してコークス排出を行うためのコークス炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製鉄業における室炉式コークス炉の操業は、コークス炉の炭化室に原料炭を装入した後、炭化室の両側に隣接する燃焼室からの加熱で原料炭を乾留し、乾留終了後に、押出機により、コークスケーキを炭化室から排出（コークス押出）することでなされる。
【０００３】
原料炭の乾留は、先ず、炭化室の両側の炉壁近傍の石炭が軟化溶融され、伝導熱伝達により、徐々に、軟化溶融層が炭化室中心部に移行することで進行する。石炭の軟化溶融時に、石炭粒子は、粒子内で発生する揮発成分や熱分解ガスによる内圧で膨張し、これにより、石炭粒子同士が接着され、その後、再固化し、揮発成分や熱分解ガスが系外に排出され、収縮しながらコークス化される。
【０００４】
一般に、炭化室中心部で石炭の軟化溶融層が会合し、石炭が再固化した時点（石炭が再固化温度（約４５０〜５５０℃）になった時点）からは、タールの発生がなくなる。炭化室内には、通常、乾留進行のばらつきがあるが、炭化室内のほぼ全石炭が再固化して、発生ガス中のタール濃度が低下した時点を、「火落ち」と称している。この時点での炭化室中心の温度は、平均的には、９００℃程度である。
【０００５】
通常は、この火落ち後、さらに、所定時間（「置き時間」という）加熱した後、コークスは押し出される。この「置き時間」は、コークス押出性と相関があり、置き時間が短いと、石炭再固化後の幅方向の収縮が不十分となり、コークスケーキと炉壁の間隙が小さくなり、コークス押出力が上昇することが知られている。
【０００６】
コークス押出力が上昇すると、コークス押出性が悪化し、コークスケーキが炉内で閉塞し、押し出し不能（押詰り）となる操業トラブルが発生する原因、さらには、炉壁に大きな圧力が掛ることにより炉壁が損傷する原因となる。そこで、従来のコークス操業では、コークス押出力を低下させ、押詰りや炉壁損傷を防止するために、火落後の置き時間を長くし、コークスの温度を十分上昇させることにより、コークスを十分収縮させることが行なわれている。
【０００７】
例えば、従来コークスを押出機により押し出す際に、炭化室毎に押し出し電流を測定し、押し出し電流が上昇し、押し出し抵抗が増加する傾向があると、置き時間を長くしたり、押し出し電流が高い炭化室については、炉壁付着カーボンの除去や、炉壁・炉底補修を行うなどのアクションをおこなってきた。
【０００８】
しかし、この方法では、原料炭の配合変更や操業条件（例えば、稼働率、水分など）の変更が行われた場合には、コークス押出性を予測し、押詰りなどのトラブルを回避するためのアクションを行うことはできない。これに対して、あらかじめ、原料炭の配合変更や操業条件などにより求めた、コークスケーキと炉壁間の間隙とコークスケーキ押出力との関係を基に、コークスケーキ押出力を推定し、コークス操業を管理する方法も提案されている。
【０００９】
例えば、室式コークス炉の操業において、水平焼減り量（コークスケーキと炉壁間の間隙）とコークスケーキ必要押出圧力との関係から、コークスケーキ必要押出圧力の管理値に対応する水平焼減り量を推定し、あらかじめ、試験炉により乾留時間と水平焼減り量との関係を求めることにより、前記水平焼減り量となる乾留時間を、下限値として設定するコークス炉の操業方法が提案されている（例えば、特許文献１、参照）。
【００１０】
しかし、この方法では、乾留時間の下限値、すなわち、置き時間の下限値を設定しているだけであるので、置き時間をむやみに延長する可能性があり、生産性を低下させる原因となる。また、本発明者らの確認試験によれば、置き時間を長くした場合に、コークス押出力が上昇する場合があることを確認しており、置き時間を長くしただけでは、コークス押出力を十分に低減できないという問題がある。
【００１１】
また、コークス炉からのコークスケーキ押出力を、コークスケーキ側面と炉壁内面との間隙量、および、コークスケーキの幅方向膨張性指数を含む関係式を用いて推定し、炉の温度および／ または装入炭の嵩密度を変更することにより、前記コークスケーキの幅方向膨張性指数を調整し、コークスケーキ押出力推定値が許容限界値以下となるように操業するコークス炉の操業方法が提案されている（例えば、特許文献２、参照）。
【００１２】
しかし、この方法では、コークスケーキ側面と炉壁内面との間隙量の推定において、石炭性状のみしか考慮していないので、炉温等の操業条件の変化が、コークスケーキ側面と炉壁内面との間隙量へ及ぼす影響を把握して、炉温を設定することができないという問題がある。
【００１３】
また、本発明者らの確認試験によれば、生産性を低下させずに、コークスケーキ側面と炉壁内面との間隙量を調整し、コークス押出力を低減するためには、炉温度などの操業条件を考慮する必要があり、例えば、炉温度が適正でない場合は、コークスケーキの押出力は、十分に低減できないことを確認している。
【００１４】
また、乾留後のコークスケーキの押出性を、試験コークス炉を用いて推定する方法であって、  試験コークス炉で乾留したコークスケーキの炉幅方向の収縮量と、該コークスケーキ内部に存在する亀裂量とを求め、これら収縮量および亀裂量に基づいて、前記コークスケーキの押出性を推定するコークスケーキ押出性の推定方法が提案されている（例えば、特許文献３、参照）。
【００１５】
しかし、この方法では、炉幅方向の収縮量（コークスケーキと炉壁間の間隙を意味する）を、石炭性状と操業条件で、試験炉により石炭を乾留して測定する必要があり、そのための作業負荷、費用がかかるうえ、石炭配合および操業条件の変化に対して、迅速に対応できないという問題がある。
【００１６】
以上のとおり、従来から、コークスケーキと炉壁間の間隙を考慮してコークス押出性を予測し、石炭配合条件や操業条件を調整し、コークス押出力を低減する方法が提案されている。また、コークス操業条件として、火落ち後からコークス押出までの置き時間を長くすることにより、コークスケーキと炉壁間の間隙を増加させ、コークス押出力を低減する方法も知られている。
【００１７】
また、コークス炉が老朽化し、炉壁に凹凸や湾曲などが生じると、その部分にコークスが当って抵抗が生じ、コークス押出力が上昇するので、このような炉壁損傷が著しい炭化室に対しても、コークス押出力を低下させるため、置き時間を延長して、コークスを十分収縮させることが行なわれていた。
【００１８】
しかしながら、置き時間の延長は、乾留時間（原料炭を炭化室に装入してから乾留終了後のコークスケーキを炭化室から押し出すまでの時間）を増加させ、コークスの生産性を低下させるので、好ましくない。このため、置き時間を長くするとともに、炉温を上昇させて火落ち時間（石炭を炭化室に装入してから火落ちまでの時間）を短くする必要があるが、炉温上昇は、燃料原単位を増加させ、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００１９】
また、本発明者らの検討によれば、置き時間を長くするために、コークス炉の炉温をむやみに上昇させると、逆に、コークス押出力が上昇することを確認している。
【００２０】
【特許文献１】特開平８−２８３７３０号公報
【特許文献２】特開２００５−３５０６１０号公報
【特許文献３】特開２００５−６８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記の従来技術の現状を踏まえ、本発明は、石炭のコークス収縮率および炉幅方向温度分布から、コークス押出指標であるランキン係数を推算し、これに基づいて、置き時間および炉温を調整し、生産性を低下させずに、コークス押出力を低下するコークス炉の操業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】
【００２２】
本発明者らの検討によれば、従来方法に従って、コークスケーキと炉壁間の間隙を増大するために、置き時間を増加させるとともに、生産性を維持するために、炉温を上昇させる場合には、乾留時間が短縮される一方で、炭化室炉幅方向各位置での空隙が生成し始める時点で、炉壁側の収縮が終了し、空隙形成への寄与が小さくなる結果、必ずしも、コークスケーキと炉壁間の間隙量は増大しないことが判明した。
【００２３】
また、炉温を上昇させると、コークスの粒度が低下し、コークス押出時に、コークスに付与される炉長さ方向の押出力のうち、炉壁側に伝達される炉幅方向の力の比率が上昇するため、炉壁との摩擦力が増大し、コークスの最大押出力が上昇することを知見した。
【００２４】
本発明は、以上の知見に基づいて、石炭の収縮率および炉幅方向温度分布から、コークス押出指標であるランキン係数を推算し、これに基づいて、置き時間および炉温を最適な範囲に調整し、生産性を低下させずに、コークス押出力を低下するコークス炉の操業方法であって、その要旨とするところは、以下に示す通りである。
【００２５】
（１）石炭をコークス炉の炭化室に装入し、乾留した後、炭化室からコークスを押し出して排出するコークス炉の操業方法において、
（ａ）前記石炭の再固化温度以上、炉温Ｔ以下の範囲内での温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1を測定し、
（ｂ）該温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点、および、コークス押出時点のそれぞれの炉幅方向温度分布から、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒを求め、
（ｃ）該コークス収縮率Ｒに基づいて、コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcを算出し、
（ｄ）前記（ａ）で求めた炉温Ｔにおけるコークス収縮率ＲTと、炉温Ｔに基づいて、コークス粒径Ｄを算出し、
（ｅ）前記コークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcの算出値、および、該コークス粒径Ｄと、あらかじめ測定して求めたコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘm、および、該コークス粒径Ｄmとコークス押出性指標であるランキン係数ｋとの関係に基づいて、ランキン係数ｋを求め、
該ランキン係数ｋが、あらかじめ設定した設定値以下となるように、置き時間および炉温を調整することを特徴とするコークス炉の操業方法。
（２）前記（ｂ）において、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、
（ｂ１）前記温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向温度分布から、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ1を求め、
（ｂ２）前記温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1と、コークス押出時点の炉幅方向温度分布から、コークス押出時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ2を求め、
（ｂ３）コークス押出時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ2と、炭化室中心部の石炭が再固化した時点の炉幅方向各位置のコークス収縮率Ｒ1の差分から求めることを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉の操業方法。
（３）前記（ｃ）において、前記コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcは、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じる炉幅方向のコークス収縮の中心が炉幅方向に均等に存在するとして求めることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のコークス炉の操業方法。
（４）前記（ｂ）において、炭化室中心部の石炭が再固化した時点からコークス押出時点までの間に生じた炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、下記（１）式により求められ、
前記（ｃ）において、コークス押出時のコークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcは、下記（２）式により求め、
前記（ｄ）において、コークス粒径Ｄは、下記（３）式により求め、
前記（ｅ）において、ランキン係数ｋは、下記（４）式により求めることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のコークス炉の操業方法。
【数１】
2008255299.tif 000002
ここで、ＴFは、炉幅方向各位置におけるコークス押出時のコークス温度（℃）、ＴSは、炉幅方向各位置における炭化室中心部の石炭が再固化した時のコークス温度（℃）、Ｗは、炉幅（ｍｍ）、Ｒjは、炉幅方向のｊ番の位置に収縮中心がある場合のコークス−炉壁間の間隙量に寄与する収縮率（％）、ｊは、１〜ｎ＋１の自然数、ｎは、自然数、ＲTは、炉温Ｔにおけるコークス収縮率（％）、Ｔは、炉温（℃）、ＸCは、コークス−炉壁間の間隙（ｍｍ）、Ｄは、コークス粒径（ｍｍ）、ａ〜ｐは、試験により求めた定数である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、石炭の収縮率および炉幅方向温度分布からコークス押出指標であるランキン係数を推算し、これに基づいて、置き時間および炉温を調整することにより、生産性を低下させずに、コークス押出力を低下することが可能となる。
【００２７】
これにより、原料炭の配合条件を変更したり、コークス生産量から乾留時間（原料炭を炭化室に装入してから、乾留終了後のコークスケーキを炭化室から押し出すまでの時間）が変更される場合であっても、良好なコークス押出性を維持して、コークス炉操業をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
コークス押出力は、コークスと炭化室の炉底および両側の炉壁との摩擦力により決定される。このうち、コークスケーキと炉底面との摩擦力は、コークスの質量と炉底の状態で、ほぼ決定され、これらは、操業条件により大きく変るものではない。したがって、コークス押出力は、操業条件により変動するコークスケーキの状態と、炭化室の両側炉壁の状態により支配される。
【００２９】
本発明者らの検討の結果、コークス炉の操業条件により変動するコークスケーキの状態のうち、コークス−炉壁間の間隙と、コークスの粒度が重要であり、これらは、操業条件のうちで、特に、石炭配合条件と炉温および置き時間に支配されることがわかった。
【００３０】
コークス−炉壁間の間隙が小さいと、コークス押出時に、コークスが炉壁と接触する確率が高くなり、炉壁との摩擦力が増大する。また、コークスの粒度が小さいと、コークス押出力のうちで、炉壁側に伝達される圧力の比率が上昇するため、炉壁との摩擦力が増大する。
【００３１】
コークス−炉壁間の間隙は、炭化室中心部の石炭が再固化した時点から、コークス押出時点まで生じるコークス収縮により生じる。したがって、コークス−炉壁間の間隙は、石炭配合条件だけでなく、炭化室中心部の石炭が再固化した時点から、コークス押出時点までの炭化室の炉幅方向における温度分布、および、コークス収縮率分布に影響する炉温条件と置き時間が、操業条件として、特に、重要である。また、コークス粒度は、石炭配合条件と炉温条件が、操業条件として、重要となる。
【００３２】
したがって、コークス押出力は、石炭配合条件と炉温条件と置き時間を考慮して、コークス−炉壁間の間隙、および、コークス粒度を、それぞれ推算し、これらとの相関関係により、精度の高いコークス押出力を推定することができる。
【００３３】
以下に、本発明法におけるコークス−炉壁間の間隙およびコークス粒度の推定方法、ならびに、これらによるコークス押出性指標であるランキン係数ｋ、および、コークス押出力の推定方法について説明する。
【００３４】
（コークス−炉壁間の間隙）
コークス−炉壁間の間隙は、炉幅方向各位置において、炭化室中心部の石炭が再固化した時から、コークス押出時までの間に生じたコークス収縮率を求め、炉幅方向各位置におけるコークス収縮率のコークス−炉壁間の間隙形成に対する寄与を考慮することにより推算できる。
【００３５】
炭化室中心部における石炭が再固化した時、および、コークス押出時の、炉幅方向各位置におけるコークス収縮率は、以下のようにして求めることができる。
【００３６】
先ず、炭化室中心部の石炭が再固化した時、および、コークス押出時の、炉幅方向各位置のコークス温度分布を、実測、または、炉温に基づく非定常伝熱計算により求める。非定常伝熱計算は、操業条件として、前記炉温の他に、装入炭水分、装入炭嵩密度などを、また、設備条件として、炉幅、煉瓦の厚み、および、熱物性値などを与え、原料の石炭の熱伝導率、比熱などの熱物性値を用いて行うことが好ましい。
【００３７】
図１に、炉温：１１００℃、１３００℃の条件で非定常伝熱計算により求めた、炭化室中心部の石炭が再固化した時（１１００℃（Ａ）、１３００℃（Ａ））、および、コークス押出時（１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ））の炉幅方向温度分布の一例を示す。
【００３８】
炭化室に装入された石炭は、両側の炉壁を介して燃焼室により炉壁から炭化室中心部に向かって、主として、伝導熱伝達により徐々に加熱され、所定時間経過後、炭化室中心部の温度は、石炭が再固化する温度（以下、石炭再固化温度という）に達する。
【００３９】
図１中の１１００℃（Ａ）、および、１３００℃（Ａ）に示すように、炭化室中心部の石炭が再固化した時（石炭の再固化温度（この場合は、約４８０℃）に達した時）の炉幅方向温度分布は、炉壁側と炭化室中心部との温度差が大きく、この時点では、炉壁側の石炭は、１０００℃以上の高温に到達しているので、コークス収縮は、ほとんど終了しているものと考えられる。
【００４０】
その後、炭化室中心部が、火落ち温度（炉内の平均温度：約９００℃）に達し、さらに、所定の置き時間が経過した後、炉壁から炭化室中心部までの炉幅方向の温度が、ほぼ均一化された時点で、コークスは、炭化室から押し出される。
【００４１】
図１中の１１００℃（Ｂ）、および、１３００℃（Ｂ）に示すように、コークス押出時の炉幅方向温度分布は、炉壁側と炭化室中心部との温度差が小さくなり、炉壁から炭化室中心部までのコークス収縮は、ほぼ終了しているものと考えられる。
【００４２】
次に、炭化室中心部の石炭が再固化した時、および、コークス押出時の炉幅方向各位置のコークス温度分布と、石炭の再固化温度以上の温度Ｔとコークス収縮率ＲTの関係から、炉幅方向各位置のコークス収縮率ＲTを求める。
【００４３】
石炭の再固化温度以上の温度とコークス収縮率の関係は、例えば、粉砕した石炭を容器内に充填し、この石炭を、再固化温度ＴR（℃）以上の炉温Ｔ（℃）まで加熱した場合に、再固化温度ＴR（℃）での石炭の長さＬTRと、再固化温度ＴR以上、炉温Ｔ以下の範囲内での温度Ｔ1（℃）での石炭の長さＬT1を測定し、これらから、下記（５）式により、再固化温度以上の温度Ｔ1（℃）でのコークス収縮率ＲT1（％）を求めることにより得ることができる。
ＲT1（％）＝（ＬTR−ＬT1）／ＬTR×１００            ・・・（５）
【００４４】
なお、複数銘柄の石炭が所定の配合割合で配合された配合炭の収縮率は、上記の方法により、直接測定することもできるが、各銘柄の石炭それぞれのコークス収縮率を測定し、各銘柄の石炭の配合率を考慮した荷重平均の計算により求めることができる。
【００４５】
また、コークス収縮率は、石炭中の揮発分または平均反射率などの成分および性状に影響されるため、石炭性状毎に同じコークス収縮率を適用することができる。
【００４６】
図２に、再固化温度が４８０℃の石炭を用いた場合の再固化温度以上の温度Ｔ1（℃）とコークス収縮率ＲT1（％）の関係の一例を示す。
【００４７】
図２に示すように、石炭を再固化温度ＴR（℃）（この場合は４８０℃）以上に加熱する場合、温度Ｔ1が高くなるとともに、熱分解ガスが石炭中から消失して、コークス収縮率は増大する。温度Ｔ1が８００℃以上になると、熱分解ガスのほとんどは、質量の小さい水素となるため、温度Ｔ1が８００℃以下の場合に比べて、そのコークス収縮率の増加量（変化量）は小さくなる。
【００４８】
炭化室中心部の石炭が再固化した時、および、コークス押出時の炉幅方向各位置におけるコークスの収縮率（以下、炉幅方向コークス収縮率分布という）は、それぞれの炉幅方向温度分布（図１）、および、再固化温度以上の温度Ｔ1（℃）とコークス収縮率ＲT1（％）の関係（図２）から、図３に例示するように求められる。
【００４９】
図３（ａ）および（ｂ）に、炉温：１１００℃および１３００℃のそれぞれの条件で、炭化室中心部の石炭が再固化した時（１１００℃（Ａ）、１３００℃（Ａ））、および、コークス押出時（１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ））の炉幅方向コークス収縮率分布の一例を示す。
【００５０】
炭化室内の炉幅方向各位置におけるコークス収縮率は、炭化室中心部の石炭が再固化した時からコークス押出時までの時間の経過ともに変化する炉幅方向温度分布によって決められる。
【００５１】
図３中の１１００℃（Ａ）、および、１３００℃（Ａ）に示すように、炭化室中心部の石炭が再固化した時（石炭の再固化温度（この場合は約４８０℃）に達した時）の炉幅方向コークス収縮率分布は、炉壁側と炭化室中心部とのコークス収縮率の差が大きく、この時点で、炉壁側のコークス収縮はほぼ終了しているものと考えられる。また、炉壁側と炭化室中心部とのコークス収縮率の差は、炉温が低い方が顕著になる。
【００５２】
一方、図３中の１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ）に示すように、コークス押出時の炉幅方向コークス収縮率分布は、炭化室中心部の石炭が再固化した時に比べて、炉壁側と炭化室中心部とのコークス収縮率の差が小さくなり、炉壁から炭化室中心部までのコークス収縮が、ほぼ終了しているものと考えられる。
【００５３】
炭化室内の炉幅方向各位置において、炭化室中心部の石炭が再固化した時からコークス押出時までの間に生じたコークス収縮率は、炉幅方向各位置におけるコークス押出時のコークス収縮率Ｒ1（図３中、１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ）、参照）と炭化室中心部の石炭が再固化した時のコークス収縮率Ｒ2（図３中、１１００℃（Ａ）、１３００℃（Ａ）、参照）の差から求められる。
【００５４】
例えば、この炭化室中心部の石炭が再固化した時からコークス押出時までの間に生じた、炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、例えば、下記（１）式のような近似式から求めることができる。
【００５５】
Ｒ＝（aＴF5＋ｂＴF4＋ｃＴF3＋ｄＴF2＋ｅＴF＋ｆ）
−（aＴS5＋ｂＴS4＋ｃＴS3＋ｄＴS2＋ｅＴf＋ｆ）・・・（１）
但し、ＴFは、炉幅方向各位置におけるコークス押出時のコークス温度（℃）、ＴSは、炉幅方向各位置における炭化室中心部の石炭が再固化した時のコークス温度（℃）、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、小型の試験炉による試験により求められる定数である。
【００５６】
炉幅方向各位置におけるコークス収縮率Ｒは、コークスケーキ表面と炉壁間に形成された間隙および炭化室中心部の空隙（亀裂）生成に大きく作用すると考えられる。
【００５７】
コークス押出時に、コークスケーキ表面と炉壁間に形成された間隙（以下、コークス−炉壁間隙という）は、炭化室内の炉幅方向各位置において、炭化室中心部の石炭が再固化した時からコークス押出時までの間に生じたコークス収縮率と、コークスケーキの収縮中心（コークス塊が収縮する際に動かない部分）位置により決定される。
【００５８】
例えば、コークスケーキの収縮中心が炉壁側近傍にある場合には、炉幅方向各位置におけるコークス収縮率は、すべて、炭化室中心部の空隙の形成に寄与し、実質的に、コークス−炉壁間隙は生成しないこととなる。また、コークスケーキの収縮中心が、炭化室中心部にある場合には、炉幅方向各位置におけるコークス収縮率は、すべて、コークス−炉壁間の間隙の形成に寄与し、実質的に、コークスケーキの炭化室中心部の空隙は生成しないこととなる。
【００５９】
実際のコークス炉操業では、炭化室の両側にコークス−炉壁間の間隙が形成されるとともに、炭化室中心部にも空隙（亀裂）が形成され、その亀裂幅を測定したところ、炉長方向位置でランダムであったことから、コークスケーキの収縮中心位置は、ランダムに分布していると考えられる。
【００６０】
したがって、コークス押出時のコークス−炉壁間の間隙量ＸC（炉長方向で複数点測定される間隙量の平均値）は、炭化室中心部の石炭が再固化した時からコークス押出時までに生じるコークス収縮時のコークスケーキの収縮中心は炉幅方向で等間隔に存在するとして、計算することができる。
【００６１】
例えば、コークスケーキコークス−炉壁間の間隙量ＸC（ｍｍ）は、次のようにして算出することができる。
【００６２】
コークスケーキ側面から中心まで（すなわち炉幅Ｗの半分）を、コークスケーキ側面を１番とし、中心をｎ＋１番とするｎ個の等間隔の区分に分割し、１番から（ｎ＋１）番の各位置に収縮中心があるとした場合のコークス−炉壁間の間隙量をそれぞれ算出し、これらｎ＋１個の間隙量の相加平均値を、コークス−炉壁間の間隙量ＸCとする。
【００６３】
ここで、１番から（ｎ＋１）番の内のｉ番の位置に収縮中心がある場合のコークス−炉壁間の間隙量の計算は、１〜（ｉ−１）番の各区分の炭化室中心部再固化からコークス押出までの収縮量を加算した値に、各区分の幅（すなわち、炉幅の１／２をｎで除した値）を乗じた値として計算される。
【００６４】
これを式で表すと、（２）式のようになる。
【数２】
2008255299.tif 000003
【００６５】
ここで、Ｗは、炉幅（ｍｍ）、Ｒjは、炉幅方向のｊ番の位置に収縮中心がある場合のコークス−炉壁間の間隙量に寄与する収縮率（％）、ｊは、１〜ｎ＋１の自然数、ｎは、自然数を示す。
【００６６】
図４に、炭化室中心部の石炭の温度とコークス−炉壁間の間隙量ＸC（ｍｍ）（炉長方向で複数点測定される間隙量の平均値）の関係を示す。
【００６７】
上記（２）式で求められるコークス−炉壁間の間隙量ＸCは、炉幅方向各位置における温度で決まる収縮率Ｒj（％）に依存して変化する。図４から、コークス−炉壁間の間隙量ＸCは、炭化室中心部における石炭の温度が再固化温度（この場合は約４８０℃）となった時点からコークス押出時点までの温度上昇とともに、増大する。
【００６８】
また、同一の炭化室中心部の石炭の温度におけるコークス−炉壁間の間隙量ＸCは、炉温Ｔが高くなるとともに、減少することがわかる。これは、炉温Ｔが増加するとともに、炭化室中心部の石炭が再固化する時点で、すでに、コークス収縮が完了した炉壁側の領域が広がり、炭化室中心部の石炭が再固化する時点から、コークス押出時点までに生じる炉壁近傍の空隙生成の寄与が小さくなるためと考えられる。
【００６９】
（コークス粒度Ｄ）
コーク粒度は、炉温Ｔと、前述した方法により測定される、温度Ｔ（再固化温度以上）におけるコークス収縮率ＲTにより推算することができる。
【００７０】
炉温Ｔにおけるコークス収縮率ＲTは、上述したように、粉砕した石炭を容器内に充填し、再固化温度以上の炉温Ｔ（℃）まで加熱して、再固化温度ＴR（℃）での石炭の長さＬTR、および、炉温Ｔ（℃）での石炭の長さＬTを測定し、これらから、上記（１）式により求められる。
【００７１】
コークス粒度Ｄは、炉温Ｔと、この温度におけるコークス収縮率ＲTから、下記（３）式により求められる。
Ｄ＝ｇＲT＋ｈＴ＋ｉ                                ・・・（３）
但し、ＲTは、炉温Ｔにおけるコークス収縮率（％）、Ｔは、炉温（℃）、ｇ、ｈ、ｉは、実炉または小型の試験炉による試験により求められ、コークス炉、および、装入炭嵩密度などの操業条件より決まる定数である。
【００７２】
図５に、炉温Ｔ（℃）とコークス粒径Ｄ（ｍｍ）（平均値）の関係を示す。図５から、石炭配合条件が一定の条件で、炉温度が高くなるほど、コークス粒径は小さくなることがわかる。
【００７３】
（ランキン係数、コークス押出力）
次に、上記コークス−炉壁間の間隙ＸCやコークス粒度Ｄから、コークス押出力を予測する方法について説明する。
【００７４】
炭化室からコークスケーキを押し出す時には、コークスケーキに、炉長方向の圧縮圧力が作用すると同時に、コークスケーキの変形により炉幅方向に伝達される圧力が、両側の炉壁に作用する。
【００７５】
本発明では、上記コークスケーキの炉長方向の圧縮圧力に対する炉幅方向の両側の炉壁に伝達される圧力の比を、一般に粉体工学の用語として用いるランキン係数と定義する。
【００７６】
コークス押出時に必要な最大押出力は、コークスケーキ側面と両側の炉壁面との摩擦力と、コークスケーキ底面と炉底面との摩擦力とで決定される。コークスケーキと炉底面との摩擦力は、コークスの質量と炉底の状態でほぼ決定され、操業条件により大きく変るものではない。一方、コークスケーキと両側の炉壁面との摩擦力は、操業条件により影響されるコークスケーキの状態のうち、上記コークス−炉壁間の間隙ＸCとコークス粒径Ｄにより炉幅方向の両側の炉壁に伝達される圧力に大きく影響する。
【００７７】
したがって、あらかじめ実験によりコークス−炉壁間の間隙Ｘmおよびコークス粒径Ｄmと、ランキン係数ｋとの関係を求めておくことにより、推算したコークス−炉壁間の間隙ＸCおよびコークス粒径Ｄを基に、例えば、下記（４）式からランキン係数ｋを予測することができる。
【００７８】
ｋ＝ｌＸC2＋ｍＸC＋ｎＤ2＋ｏＤ＋ｐ                  ・・・（４）
但し、ＸCは、コークス−炉壁間の間隙（ｍｍ）、Ｄは、コークス粒径（ｍｍ）、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐは、実炉または小型の試験炉による試験により求められる定数である。
【００７９】
上記（４）式で求められるコークス押出性指標であるランキン係数ｋは、上記（１）式〜（３）式から導出されるコークス−炉壁間の間隙ＸCおよびコークス粒径Ｄをパラメータとするため、炉幅方向各位置における炭化室中心部の石炭が再固化温度となった時点から、コークス押出時点までの炉幅方向温度分布および温度Ｔ1におけるコークス収縮率ＲT1、ならびに、これらに大きな影響を与える石炭配合条件、炉温Ｔおよび置き時間などのコークス炉操業条件に依存する。
【００８０】
したがって、ランキン係数ｋは、コークス操業時の石炭配合条件、炉温および置き時間などの操業条件により、制御することが可能である。
【００８１】
つまり、あらかじめ、良好なコークス押出性を維持できるためのランキン係数ｋの上限値（管理値）を設定し、この上限値よりも低くなるように、炉温Ｔおよび石炭配合条件を調整することにより、コークス押出力を低減し、押し詰まりなどの操業トラブルや、炉壁損傷などを防止することが可能となる。
【００８２】
ランキン係数ｋは、実炉で測定することも可能であるが、経済的な面から、例えば、図６に示すような小型の電気加熱式可動壁乾留試験炉（炉幅：４５０ｍｍ、炉長：１０００ｍｍ、炉高：１０００ｍｍ）のような炉を用いて測定するのが好ましい。
【００８３】
例えば、この試験炉を用いて石炭を乾留しコークス６とした後、押出機１によりコークス６を押し出す際に、固定壁２と可動壁３からなる炉壁のうちで可動壁３と、炉蓋４と、押出機１に設けた荷重測定器５により、炉長方向の圧縮圧力と、炉壁に伝達される炉幅方向の圧力（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ｋを算出することができる。
【００８４】
コークス炉操条件のうち、配合炭の配合条件を変えず（収縮率一定）に、操業条件として、炉温と乾留時間を変化させたときの炉温度および乾留時間とランキン係数ｋとの関係を、図７に示す。
【００８５】
図７に示すように、乾留時間が１８、２０、２２、２４のそれぞれの条件において、ランキン係数ｋが最小となる炉温の範囲が存在し、乾留時間および炉温を適正範囲に調整することにより、コークス押出力を低減できることがわかる。
【００８６】
通常のコークス操業では、乾留時間はコークス生産性から決められるため、乾留時間毎に、ランキン係数ｋが、あらかじめ設定された上限値より低くなる炉温の最適範囲に制御することにより、コークス押出力を低減することが可能となる。
【００８７】
なお、ランキン係数ｋが得られれば、これを用いて、コークス押出力を予測することができる。例えば、炉長方向の各位置において、押出圧力とランキン係数ｋから炉壁への圧力を算出し、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。
【００８８】
なお、このコークス押出力の推算は、コークス押出し方向の炉長のみ考慮した一次元の計算で行うことができる。また、炉高方向のコークスの荷重分布も考慮した二次元計算を行えばなお精度よく算出できるため好ましい。
【００８９】
具体的には、押出機からの押出圧力が、ランキン係数ｋに応じて炉壁への圧力として一部伝達されて生じる炉壁との摩擦力および炉底との摩擦力によりが減衰する状況を、押出機側の端から反押出機側の端まで積分し、反押出機側の端において押出圧力が０以上となる押出圧力を求めることにより、押出力を推算する。
【００９０】
以上のように、設備条件が一定であれば、石炭配合条件、コークス炉の炉温、置き時間、装入炭嵩密度などの操業条件を用いてランキン係数ｋを推算することができ、さらに、設備条件を考慮すれば、コークス押出力を推算できる。そして、ランキン係数ｋまたはコークス押出力の推算値を、石炭配合条件、コークス炉の炉温、置き時間を調整することにより、低減することにより、コークス押出性を向上することができる。
【実施例】
【００９１】
炉幅４５０ｍｍのコークス炉の炭化室に、表１に示す配合炭Ａ、Ｂ、Ｃを装入し、石炭の収縮率および炉幅方向温度分布からコークス押出指標であるランキン係数ｋを推算し、コークス炉操業時の置き時間および炉温を変えた条件で乾留した後、コークスを炭化室から押し出す際の押出機の負荷電流を測定した。乾留条件を表２に示し、測定結果を表３に示す。
【００９２】
【表１】
2008255299.tif 000004
【００９３】
【表２】
2008255299.tif 000005
【００９４】
【表３】
2008255299.tif 000006
【００９５】
基本操業条件は、全ての実施例で、装入炭水分２％、装入炭嵩密度８５０ｋｇ／ｍ3、総炭化時間は２０時間とした。また、比較例１、２は、いずれも、従来法に従い置き時間を長くし、生産性を維持するために炉温を高目に設定した場合を示し、発明例１〜３は、本発明法により石炭の収縮率及び炉幅方向温度分布からコークス押出指標であるランキン係数ｋを推算し、このランキン係数ｋが、管理値：０．０５５以下になるように置き時間および炉温を調整した場合を示す。
【００９６】
表１に示す収縮率Ｒ（％）は、以下のようにして、あらかじめ測定した。すなわち、粉砕した石炭を容器内に充填し、その上にピストンを乗せ、電気炉で加熱し、石炭が再固化した以降のピストンの変位をレーザー変位計で測定して、収縮率を算出した。再固化温度は、ＪＩＳ Ｍ８８０１のギーセラープラストメーターにより測定した。
【００９７】
表２に示す、炭化室中心部の石炭が再固化した時の炭化室中心部および炉壁近傍の石炭温度（炉温）、ならびに、コークス押出時の炭化室中心部および炉壁近傍の石炭温度（コークス温度）は、炉温および石炭装入からの経過時間から、一次元伝熱計算を用いて、コークス炉幅方向温度分布を計算して求めたものである。
【００９８】
コークスケーキと炉壁間の間隙Ｘcは、上記温度と石炭の収縮係数の関係と、上記炉幅方向温度分布を基に、上記（２）式により計算されたものである。
【００９９】
コークス粒径Ｄは、上記温度と石炭の収縮係数の関係と、炉温Ｔを基に、上記（３）式により計算されたものである。この時の上記（３）式の係数は、ｇ＝−５．０、ｈ＝−０．０５、ｉ＝であった。
【０１００】
ランキン係数ｋは、あらかじめ、測定により求めたコークスと炉壁間の間隙Ｘmおよび上記コークス粒径Ｄmとランキン係数の関係と、コークス粒径Ｄおよび上記炉壁間の間隙Ｘcを基に、推算したものである。
【０１０１】
なお、コークスと炉壁間の間隙Ｘmおよび上記コークス粒径Ｄmとランキン係数の関係は、以下のように測定された。
【０１０２】
ランキン係数の測定は、炉幅４５０ｍｍ、炉長１ｍ、炉高１ｍの電気加熱式の可動壁乾留試験炉を用いて行った。可動壁乾留試験炉で石炭を乾留した後、反押出機側の炉蓋を固定した状態で、押出機により、コークスに押出力を掛け、両側の炉壁および炉底のロードセルを設け、これらの圧力測定値と前記コークスの押出力から、ランキン係数を求めた。
【０１０３】
比較例１と２は、置き時間を長くするために、炉温を高目に設定したが、コークスケーキと炉壁間の間隙は増加しなかった。比較例１の条件では、コークス粒度も低下したため、コークス押出し電流が高くなり、コークス押出し性が低下した。比較例２では、コークス押出し電流は上昇しなかったが、燃料原単位が上昇した。
【０１０４】
これに対して、発明例１〜３は、本発明法により石炭の収縮率及び炉幅方向温度分布からコークス押出指標であるランキン係数ｋを推算し、このランキン係数ｋが、管理値：０．０６０以下になるように炉温を調整したため、いずれも、コークス押出電流を低く維持でき、コークス押出性は良好であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】炉温：１１００℃および１３００℃の条件における、炭化室中心部の石炭が再固化した時（１１００℃（Ａ）、１３００℃（Ａ））、および、コークス押出時（１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ））の幅方向温度分布の一例を示す図である。
【図２】再固化温度が４８０℃の石炭を用いた場合の再固化温度以上の温度Ｔ1（℃）とコークス収縮率ＲT1（％）の関係の一例を示す図である。
【図３】炉温：１１００℃および１３００℃の条件における、炭化室中心部の石炭が再固化した時（１１００℃（Ａ）、１３００℃（Ａ））、および、コークス押出時（１１００℃（Ｂ）、１３００℃（Ｂ））の炉幅方向コークス収縮率分布の一例を示す図である。（ａ）は、炉温、１１００℃の場合を示し、（ｂ）は、炉温：１３００℃の場合を示す。
【図４】炭化室中心部の石炭の温度（℃）とコークス−炉壁間の間隙量ＸC（ｍｍ）の関係の一例を示す図である。
【図５】炉温Ｔ（℃）とコークス粒径Ｄ（ｍｍ）（平均値）の関係を示す図である。
【図６】ランキン係数ｋを測定するための電気加熱式可動壁乾留試験炉の一例を示す図である。
【図７】操業条件として炉温と乾留時間を変化させた時の、炉温度および乾留時間とランキン係数ｋとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１    押出機
２    固定壁
３    可動壁
４    炉蓋
５    荷重測定器
【図１】
2008255299.tif 000008
【図２】
2008255299.tif 000009
【図３】
2008255299.tif 000010
【図４】
2008255299.tif 000011
【図５】
2008255299.tif 000012
【図６】
2008255299.tif 000013
【図７】
2008255299.tif 000014