(57)【要約】【課題】室式コークス炉からコークスを押出す際の押出力を高精度に推定する方法及び、この推定方法により炭化室の押出性を判定する方法を提供する。【解決手段】室式コークス炉からコークスを押出す際の押出力を高さ方向及び炉長方向２次元で推定するに当たり、炭化室の形状、石炭の性状、及び石炭の乾留条件に基づいて、予めコークスに押出力を負荷した場合にコークスを介して炭化室炉壁に伝わる力の比率ｋを求めておき、この比率ｋに基づいてコークス押出時の２次元の圧力バランスを計算し、コークスケーキ全体が動き出す直前の押出力および炉壁に掛かる圧力分布を推算する。【選択図】図１
2008266440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室式コークス炉の炭化室からコークスを押し出す際に、炉長方向及び炉高方向の各位置における炭化室炉壁の側圧および炭化室の炉底圧に基づいてコークス押し出し力を推定する方法であって、
（ａ）  炭化室の寸法、石炭の性状、及び乾留条件に基づいて炉長方向（ｘ方向）各位置におけるコークスケーキと炉壁との間隙Ｘｃ（ｘ）を推算し、
（ｂ）  該コークスケーキと炉壁との間隙Ｘｃの推算値と、予め試験炉を用いて求められた、炉長さ方向（ｘ方向）各位置におけるコークスケーキと炉壁の間の間隙Ｘｃ（ｘ）とランキン係数ｋ（ｘ）（コークスケーキの炉長方向の押出力に対する、炭化室炉壁に伝達される炉幅方向の側圧の比率）との関係に基づいて炉長方向（ｘ方向）各位置のランキン係数ｋ（ｘ）を求め、
（ｃ）  該ランキン係数ｋ（ｘ）に基づいてコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間ｄｙでの圧力バランスからコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）各位置での炉高方向の圧力Ｐ（ｙ）および炭化室の炉壁に伝達される側圧ｋ・Ｐ（ｙ）を求め、
（ｄ）  該炉高方向各位置での炭化室の炉壁に伝達される側圧ｋ・Ｐ（ｙ）、および、炭化室の炉底に伝達される炉底圧Ｐ（ｙ）y=0に基づいて、コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスから炉長方向各位置の圧力Ｐ（ｘｙ）を求め、
（ｅ）  コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）での炉長方向の圧力（Ｐ（ｘｙ）x=0）を基に、コークス押し出し力Ｆcalを推算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】
前記（ｃ）におけるコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間ｄｙでの圧力バランスは下記＜１＞式で示され、前記（ｄ）におけるコークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスは下記＜２＞式で示され、前記（ｅ）におけるコークス押し出し力Ｆcalは、下記＜３＞式で示され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。
【数１】
2008266440.tif 000009
但し、Ｐ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｄｙ：コークスケーキの炉高方向の微小区間、ｄＰ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力の増分（ｋｇｆ/ｍ2）、Ｐ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｄｘ：コークスケーキの炉長方向の微小区間、ｄＰ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間に掛かる圧力の増分（ｋｇｆ/ｍ2）、ｋ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数（炉長方向のコークス押し出し力に対する炉幅方向の両側炉壁への伝達力の比）、ρ：コークスの比重（ｋｇ／ｍ3）、ｇ：重力加速度（ｍ/ｓ2）、ｂ：炉幅（ｍ）、ｈ：コークスケーキの高さ（ｍ）、μw：炉壁とコークスケーキ間の静止摩擦係数、μs：炉底とコークスケーキ間の静止摩擦係数、Ｐ（ｙ）y=0：コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、Ｐ（ｘｙ）x=0：コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）（ｘ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、をそれぞれ示す。
【請求項３】
前記炉底とコークスケーキ間の静止摩擦係数μsおよびコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）各位置での圧力Ｐ（ｙ）と、予め求められたコークス同士の見掛けの摩擦係数μccに基づき、下記＜４＞式からコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）での見かけの静止摩擦係数μｓを求め、前記（ｄ）において下記＜５＞式に示されるコークスケーキの炉長さ方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスを用いて、炉長方向各位置の圧力Ｐ（ｘｙ）を求めることを特徴とする請求項１または２に記載のコークス押出力の推定方法。
【数２】
2008266440.tif 000010
【請求項４】
室式コークス炉からコークスを押し出す際の押出力の実績値に、請求項１から３の何れかに記載の方法によって推定した押出し力の推定値が一致するようにしたときの各窒化室のコークスケーキと炉壁間の静止摩擦係数及びコークスケーキと炉底間の静止摩擦係数の値を、それぞれコークスケーキと炉壁間の見掛けの摩擦係数μw’及びコークスケーキと炉底間の見掛けの摩擦係数μs’とし、これらの見掛の摩擦係数に基いて当該炭化室の押出性の難易度を判定することを特徴とするコークス炉の押出性判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室式コークス炉におけるコークスの押出し力の推定方法およびこの推定方法を用いたコークス炉の押出性の判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭乾留後のコークスを低負荷で押し出すことは、操業を安定化してコークスの生産量が確保できるだけでなく、炭化室の炉壁に対する負荷を低減して炉体寿命を長くする観点から非常に重要である。炭化室からコークスを排出する際の抵抗は、コークスと炉底面、あるいは、コークスと炉壁面の摩擦によって生じる反力が原因である。この反力を低減するために、一般的に、炉壁面や炉底面の平滑化、あるいは、炉壁とコークス間の隙間量（以下、クリアランスとも記載する）を大きくする等の対策が有効とされている。ここで、クリアランスはコークスの水平焼き減り量に依存しており、水平焼き減り量は石炭性状（揮発分など）やコークス炉の操業条件（乾留温度や乾留時間など）に依存している。
【０００３】
上述のクリアランスに着目してコークス炉の操業を安定化する方法が数多く提案されている。
例えば、特許文献１では、水平焼減り量とコークスケーキ必要押し出し圧力との関係から、コークスケーキ必要押出し圧力の管理値に対応する水平焼減り量を算出し、予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、室式コークス炉において、水平焼減り量が管理値となる乾留時間を下限値として設定する方法が述べられている。
また、特許文献２では、炉壁損傷が発生していない場合に、炉壁表面温度、石炭性状、コークス炉稼働率、窯補修経過日数、およびコークス炉への装炭量をパラメーターとし、これらの線形一次結合によって押出し力を推定し、この推定した押出し力と実測した押出し力との差に基づいて炉壁の損傷状況を推定する方法が述べられている。
【０００４】
また、特許文献３では、配合炭の膨張圧、含有水分、乾留コークスの置時間、コークス炉の炉温などの条件から押出負荷を推定し、この推定した押出負荷推定値が予め設定した押出負荷管理値の範囲内となるように、上記の条件を調整する操業方法が提案されている。
また、特許文献４では、石炭性状と炉の操業条件から推算した炉壁カーボン量と炉頂空間面カーボン量から求めたカーボン抵抗指数を定義し、このカーボン抵抗指数と押出し機のラム駆動モーターにかかる負荷との対応関係から、押出し時に掛かる負荷を推定し、石炭性状あるいは操業条件を調整することによって負荷を低減し、押し詰まりを防止する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、押出し時の壁側コークス収縮量、カーボン付着厚み、炉壁変位量を定め、前記押出し時の壁側コークス収縮量からカーボン付着厚み及び炉壁変位量を減じた値を炉壁コークス間隔とし、予め炉壁コークス間隔最小値を定め、前記炉壁コークス間隔が炉壁コークス間隔最小値よりも大きくなるようにコークス炉の操業条件を選択して操業する方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８３７３０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３１０６９号公報
【特許文献３】特開２０００−７３０６７号公報
【特許文献４】特開２００２−１７３６８７号公報
【特許文献５】特開２０００−２９０６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
押出し力を推定するモデルとしては、例えば、特許文献１にあるように押出し圧力を押出し方向（炉長方向）に考慮したもの（１次元モデル）が提案されている。このモデルでは、押出し圧力に最も関連の深いコークスケーキと炉壁との間隙の分布が、炉長方向には考慮されているものの、炉の高さ方向（炉高方向）には一様なものされている。しかしながら、炭化室においてはコークスの荷重や充填状況により、炉高方向にも間隙が異なっており、炉高方向にも間隙の分布が生じている。従って押出し力が作用した場合の炉壁への圧力（以下、側圧とも記載する）に炉高方向分布が生じている。しかしながら、特許文献１の方法では、上述のような炉高方向へ側圧分布の影響は考慮されていない。
このため、押出し力を精度良く推定することには限界があり、推定された押出し力が実操業を十分に反映させることは無理である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような状況に鑑み、本発明は、炭化室の炉長方向の押出し圧力の変化を考慮すると共に、炭化室の炉高方向の押出し圧力の変化をも考慮することにより、精度の高い押出し力の推定を可能とする方法を提供するものであり、また、この推定方法に基づいて炭化室の押出性を判定する方法を提供するものである。
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）室式コークス炉の炭化室からコークスを押し出す際に、炉長方向及び炉高方向の各位置における炭化室炉壁の側圧および炭化室の炉底圧に基づいてコークス押し出し力を推定する方法であって、
（ａ）  炭化室の寸法、石炭の性状、及び乾留条件に基づいて炉長方向（ｘ方向）各位置におけるコークスケーキと炉壁との間隙Ｘｃ（ｘ）を推算し、
（ｂ）  該コークスケーキと炉壁との間隙Ｘｃの推算値と、予め試験炉を用いて求められた、炉長方向（ｘ方向）各位置におけるコークスケーキと炉壁の間の間隙Ｘｃ（ｘ）とランキン係数ｋ（ｘ）（コークスケーキの炉長方向の押出力に対する、炭化室炉壁に伝達される炉幅方向の側圧の比率）との関係に基づいて炉長方向（ｘ方向）各位置のランキン係数ｋ（ｘ）を求め、
（ｃ）  該ランキン係数ｋ（ｘ）に基づいてコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間ｄｙでの圧力バランスからコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）各位置での炉高方向の圧力Ｐ（ｙ）および炭化室の炉壁に伝達される側圧ｋ・Ｐ（ｙ）を求め、
（ｄ）  該炉高方向各位置での炭化室の炉壁に伝達される側圧ｋ・Ｐ（ｙ）、および、炭化室の炉底に伝達される炉底圧Ｐ（ｙ）y=0に基づいて、コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスから炉長方向各位置の圧力Ｐ（ｘｙ）を求め、
（ｅ）  コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）での炉長方向の圧力（Ｐ（ｘｙ）x=0）を基に、コークス押し出し力Ｆcalを推算することを特徴とするコークス押出力の推定方法。
【０００９】
（２）前記（ｃ）におけるコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間ｄｙでの圧力バランスは下記＜１＞式で示され、前記（ｄ）におけるコークスケーキの炉長さ方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスは下記＜２＞式で示され、前記（ｅ）におけるコークス押し出し力Ｆcalは、下記＜３＞式で示されることを特徴とする（１）に記載のコークス押出力の推定方法。
【数１】
2008266440.tif 000003
但し、Ｐ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｄｙ：コークスケーキの炉高方向の微小区間、ｄＰ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力の増分（ｋｇｆ/ｍ2）、Ｐ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｄｘ：コークスケーキの炉長方向の微小区間、ｄＰ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間に掛かる圧力の増分（ｋｇｆ/ｍ2）、ｋ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数（炉長方向のコークス押し出し力に対する炉幅方向の両側炉壁への伝達力の比）、ρ：コークスの比重（ｋｇ／ｍ3）、ｇ：重力加速度（ｍ/ｓ2）、ｂ：炉幅（ｍ）、ｈ：コークスケーキの高さ（ｍ）、μw：炉壁とコークスケーキ間の静止摩擦係数、μs：炉底とコークスケーキ間の静止摩擦係数、Ｐ（ｙ）y=0：コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、Ｐ（ｘｙ）x=0：コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）（ｘ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、をそれぞれ示す。
【００１０】
（３）前記炉底とコークスケーキ間の静止摩擦係数μsおよびコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）各位置での圧力Ｐ（ｙ）と、予め求められたコークス同士の見掛けの摩擦係数μccに基づき、下記＜４＞式からコークスケーキの炉高方向（ｙ方向）での見かけの静止摩擦係数μsを求め、前記（ｄ）において下記＜５＞式に示されるコークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間ｄｘでの圧力バランスを用いて、炉長方向各位置の圧力Ｐ（ｘｙ）を求めることを特徴とする（１）または（２）に記載のコークス押出力の推定方法。
【数２】
2008266440.tif 000004
【００１１】
（４）室式コークス炉からコークスを押し出す際の押出力の実績値に、（１）から（３）の何れかに記載の方法によって推定した押出し力の推定値が一致するようにしたときのコークスケーキと炉壁間の静止摩擦係数及びコークスケーキと炉底間の静止摩擦係数の値を、それぞれコークスケーキと炉壁間の見掛けの摩擦係数μw’及びコークスケーキと炉底間の見掛けの摩擦係数μs’とし、これらの見掛けの摩擦係数に基いて、当該炭化室の押出性の難易度を判定することを特徴とするコークス炉の押出性判定方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炭化室からコークスを押出す際の押出し力を、従来よりも精度良く推定することができ、これによって、推定された押出し力が、管理値を超えている場合は、事前に乾留温度や乾留時間などの操業条件を調整することにより、押し止まるなどの炭化室からのコークスの押出し操業に伴うトラブルを防止することができる。
また、本発明による押出し力の推定値と、押出し力の実績値とを比較し、本発明の押出し力推定方法を用いて、コークス−炉壁煉瓦間及びコークス−炉底間の見掛の摩擦係数を求め、これを評価することにより、当該炭化室の押出性の難易度を判定することが可能となる。これに基づいて、操業条件を調整することができ、また、炉壁や炉底の状況を推定することで、炉の維持、修理などの予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、コークスに押出力を負荷した場合に、この押出し力がコークスを介して炭化室の炉壁に伝わる力（側圧）の押出し力（押出し圧力）に対する比率（以下、この比率をランキン係数とも記載する）と、石炭の乾留後にコークスケーキ−炉壁に形成される間隙、いわゆる水平焼減りとの関係を予め実験により求めておき、この比率を基にコークス押出時の圧力バランスを、炭化室の炉長方向（押し出し方向）および炉高方向の２次元において考慮し、コークスの押出し圧力および／または側壁に加わる圧力（側圧）の分布を求め、この圧力分布から、コークスの押し出し力を推定するものである。
【００１４】
図１、図２は、本発明のコークスの押出し圧力分布、押出し力を推定する炭化室の２次元モデルを示す図であり、図１は炉高方向の押出し圧力バランス、図２は炉長方向の押出し圧力バランスを示すものである。炭化室からのコークスの押出しは、炭化室の炉長方向に行われるので、以下、この炉長方向をｘ方向とし、炭化室の高さ（炉高）方向をｙ方向として説明する。このモデルにおいて、炉長はＬ（押出し機側（ＰＳ）から排出口側（ＣＳ）までの長さ）、炉幅はｂ、炉高（コークスケーキの高さ）ｈ、として示している。また、コークスケーキ−炉壁間の静止摩擦係数をμw、コークスケーキ−炉底間の静止摩擦係数をμsである。押出し圧力Ｐ（ｘｙ）x=0はＰＳから負荷される。
本発明のモデルでは、ｘ軸方向に微小区間ｄｘの幅を持つｙ方向の微小区間ｄｙについて、押出し時の圧力バランスを計算し、コークスケーキ全体が動き出す直前の押出し圧力分布、および、炉壁にかかる圧力分布を求めるものあり、その手順を図３に示している。
図３に沿って、その方法を説明する。
【００１５】
（１）：石炭性状（石炭のＶＭ，水分量）、炭化室の寸法（炉幅、炉長、炉高（コークスケーキの高さ）、テーパーなど）、操業条件（炉温（乾留温度）、乾留時間）、コークス性状(圧縮率)などを把握する。なお、このほかコークス押し出し力の推定に必要な他の条件は必要に応じて把握するものとする。
【００１６】
（２）：コークスの水平焼減りを推算する。
コークス炉に装入された石炭は乾留により軟化溶融し、石炭内で発生する揮発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。この石炭の再固化温度以上になった後に生じる収縮、いわゆる水平焼減りにより、石炭乾留後のコークス押し出し時には炉壁とコークスケーキとの間に間隙Ｘｃが生じる。コークスの水平焼減りを推算する方法として、例えば、特許文献５に開示された方法を参考とすることができる。水平焼減りは、コークス炉温内温度、石炭の揮発分、水分などによって決まる石炭が再固化温度以上に加熱された後からコークス押し出し時までの石炭の収縮率によって定まり、これらの条件を把握することにより、上記文献などに基づいて求めることができる。原料炭の乾留は、先ず炭化室の両側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。
【００１７】
（３）：ランキン係数とコークスケーキと炉壁との間隙との関係の把握。
炭化室からのコークスケーキの押出しの際の押出し抵抗として、コークスの自重に対する炉底から静止摩擦力および、炉壁から静止摩擦力が作用するので、所要の押出し力は、これらから求められる。上述のように乾留後のコークスケーキと炉壁との間には、水平焼減りにより間隙Ｘｃが形成され、コークスケーキに押出し力が加わった際にコークスケーキを介して炉壁に及ぼされるに圧力（以下これを側圧とも称する）によって生じる炉壁の静止摩擦力は、この間隙Ｘｃの程度によって大きく影響される。このようなことから、炉壁の静止摩擦力から押出し力を推定する場合には、乾留後のコークスケーキと炉壁との間に形成される間隙Ｘｃと、コークスケーキ押出し時の側圧転換率ｋ（押出し機によりコークスケーキに掛けた圧力に対するコークスケーキからの押出し方向に垂直な方向の炉壁に掛かる圧力の比率（以下、ランキン係数とも記載する））の関係を予め求めておく必要がある。
【００１８】
上記の側圧転換率ｋとコークスケーキと炉壁との間隙Ｘｃ（ｍｍ）との関係は、例えば、図５に示す試験炉（炭化室炉幅（Ｗ）４５０ｍｍ、炉高さ（Ｈ）１１００ｍｍ、炉長（Ｌ）１０５０ｍｍ）を用い、石炭の性状（水分、揮発性物質の量（ＶＭ量））、操業条件などを変えて、水平焼減り量、すなわち炉壁とコークスケーキ間の間隙Ｘｃの大きさを変化させ、コークスケーキ７を押出し機１により押出し、このときの押出し機の押出し圧力と側壁にかかる圧力をそれぞれに取り付けたロードセルで測定することによって、得ることができる。その結果の一例を図４に示す。図４から判るように、ランキン係数ｋはコークスと炉壁との間隙が大きくなるほど小さくなり、炉長さ方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数ｋ（ｘ）と、間隙Ｘｃ（ｘ）との関係は、式＜６＞により表すことができる。
ｋ（ｘ）＝  Ａ・Ｘｃ（ｘ）＋Ｂ      ・・・・＜６＞
但し、Ａ，Ｂは石炭の性状や乾留条件によって決まる定数である。
【００１９】
（４）：炉長さ方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数ｋ（ｘ）の推算。
炭化室に装入される石炭の性状、或いは乾留条件などに基づいて、上記（３）で記したように推定できる炉長さ方向（ｘ方向）各位置でのＸｃ（ｘ）を基に、上記の式＜６＞から、炉長さ方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数を推算することができる。
【００２０】
上記のランキン係数と間隙Ｘｃとの関係を求める際の試験装置では、炉幅を一定としたが、実炉においては、炉長方向に対して炉幅は一定ではなく、押出し機側（Pusher Side：ＰＳと略記する）からコークスケーキ排出口側（Coke Guide Side：ＣＳと略記する）にかけてテーパーが設けられている（通常、片側で３０ｍｍ程度）。炉長方向で炉幅にテーパーがある場合には、コークスケーキの押出負荷が最大となるまでに、コークスケーキが炉長方向に圧縮されるため、テーパーによりコークスケーキと炉壁との間の間隙が増加する。従って、コークスケーキを押し出す際に押出負荷が最大となるコークス押し出し力を上記のランキン係数と間隙Ｘｃ（ｘ）との関係から推定する場合には、コークスの炉長方向の圧縮過程で生じる間隙の増加を考慮した間隙Ｘｃ（ｘ）を用いる必要がある。
【００２１】
上記モデルにおいて炉幅ｂ（ｍ）、炉長Ｌ（ｍ）、炉高さｈ（ｍ）、テーパー２Ｔ（片側Ｔ）（ｍ）の炭化室を考えた場合のコークスケーキの圧縮率α（−）（押出し圧力を掛けた場合のコークスケーキの圧縮率）とすると、コークスケーキ押出し初期のコークスケーキ圧縮時の炉長方向各位置でのコークスケーキ−炉壁間の間隙Ｘｃ（ｘ）の値は図５のように示される。つまり、図６に示されるように、仮に石炭の乾留後に炉幅方向の収縮により生じた炉壁−コークス間の間隙（水平焼減り）が炉長方向で一定であったとしても、実炉の炉長方向に形成されたテーパーの影響で、炉長方向各位置での炉壁−コークス間の間隙Ｘｃ（ｘ）は異なり、コークスケーキの圧縮率α（−）と片側のテーパーＴ（ｍ）から＜７＞式のように示される。
Ｘｃ（ｘ）＝−α・Ｔ／（（１−α）・Ｌ））・ｘ＋α・Ｔ＋Ｘｃ  ・・・＜７＞
したがって、実炉の炉長さ方向各位置でのランキン係数ｋ（ｘ）は、＜７＞式で示されるテーパーの影響を考慮した炉壁とコークス間の間隙Ｘｃ（ｘ）を用い、＜６＞式の試験炉で求められたランキン係数ｋ（ｘ）と炉壁とコークス間の間隙Ｘｃ（ｘ）の関係式により求めることができる。
【００２２】
（５）〜（７）：炉高方向各位置の圧力（Ｐ（ｙ））及びこれにより生じる両側炉壁への側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
コークスケーキの炉高方向の微小区間ｄｙでの圧力バランスを考えると、図１に示すように、微小区間ｄｙの上面に作用する圧力Ｐ（ｙ）により、微小区間ｄｙにはコークスケーキの圧縮により両側炉壁への側圧が生じるとともに、炉高方向のコークス重量の影響を受けるので、下記の関係式＜１＞が成立する。
（Ｐ（ｙ）＋ｄＰ（ｙ））・ｂ・ｄｘ＝Ｐ（ｙ）・ｂ・ｄｘ−２μw・ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ）・ｄｘ・ｄｙ＋ρ・ｇ・ｂ・ｄｘ・ｄｙ    ・・・  ＜１＞
但し、μw：炉壁とコークスケーキ間の静止摩擦係数、Ｐ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｄｙ：コークスケーキの炉高方向の微小区間、ｄＰ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力の増分（ｋｇｆ/ｍ2）、ｋ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数（炉長方向のコークス押出し力に対する炉幅方向の両側炉壁への伝達力の比）、ρ：コークスの比重（ｋｇ／ｍ3）、ｇ：重力加速度（ｍ/ｓ2）、ｂ：炉幅（ｍ）である。
【００２３】
上記の関係式＜１＞に基づき、計算することにより、炉高方向の圧力（Ｐ（ｙ））を求める。次に、上記の炉高方向各位置での圧力（Ｐ（ｙ））およびランキン係数ｋを基に、炉高方向各位置に生じる側圧、すなわち、（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
【００２４】
（８）〜（９）：次に、炉高方向各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））および炉底位置に生じる圧力（Ｐ（ｙ）y=0）を考慮した炉長方向各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））を求める。
炉長方向の微小区間ｄｘにおける炉高方向各位置の圧力（Ｐ（ｙ））およびこれによって生じる炉壁に掛かる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））ならびに炉底位置に生じる圧力（Ｐ（ｙ）y=0）に基づいて、炉長方向の微小区間ｄｘの圧力増分（ｄＰ（ｘｙ））を求める。
このとき、炉長方向（ｘ方向）の圧力バランスは以下の式＜２＞であらわされる。
【数３】
2008266440.tif 000005
但し、Ｐ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、Ｐ（ｙ）：コークスケーキの炉高方向（ｙ方向）の微小区間に掛かる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｂ：炉幅（ｍ）、ｈ：コークスケーキの高さ（ｍ）、ｄｘ：コークスケーキの炉長方向の微小区間、ｄｙ：コークスケーキの炉高方向の微小区間、μw：炉壁とコークスケーキ間の静止摩擦係数、μs：炉底とコークスケーキ間の静止摩擦係数、Ｐ（ｙ）y=0：コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｋ（ｘ）：コークスケーキの炉長方向（ｘ方向）各位置でのランキン係数（炉長方向のコークス押し出し力に対する炉幅方向の両側炉壁への伝達力の比）、をそれぞれ示す。
【００２５】
上記＜１＞式から得られる炉高方向各位置の圧力（Ｐ（ｙ））を基に、＜２＞式を解くことにより、炉高方向各位置に生じる側圧（ｋ・Ｐ（ｙ））および炉底位置に生じる圧力（Ｐ（ｙ）y=0）を考慮した炉長方向各位置での圧力Ｐ（ｘｙ）が求められる。
【００２６】
（１０）：コークス押し出し力Ｆを推定する。
コークスケーキに負荷される押出し圧力Ｐ（ｘｙ）は、コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）（ｘ＝０）からコークスケーキ排出口側（ＣＳ）の方向に減少する分布を有し、ＰＳ（ｘ＝０）の位置で最大となる。
従って、コークス押し出し圧力は、上記（９）で得られる、コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）（ｘ＝０）での圧力（Ｐ（ｘｙ）x=0）を基に、以下の＜３＞式のように求められる。
【数４】
2008266440.tif 000006
但し、Ｐ（ｘｙ）x=0：コークスケーキの押出し機側（ＰＳ）（ｘ＝０）での圧力（ｋｇｆ/ｍ2）、ｂ：炉幅（ｍ）を示す。
【００２７】
本発明の炉高方向および炉長方向の２次元モデルを用いた式を用いて、押出し圧力分布、及び炉壁の側圧分布を推定した。なお、推定に当たっては、炉長方向及び炉幅方向の分割数を、それぞれ３０，２５とした。
このとき使用したデータは表１のとおりである。
【００２８】
【表１】
2008266440.tif 000007
【００２９】
その結果を図７、図８に示す。この図から判るように、押出し圧力、側圧は炉長方向（ｘ方向）のみならず、炉高方向（ｙ方向）にも明確に分布が存在していることが明らかである。この押出し圧力分布に基づいて押出し力を推算することにより、従来の一次元のモデルの圧力分布に基づいて推算した押出し力よりもより実操業に近い押し出し力を推定することができる。
【００３０】
上記モデルでは、コークス押し出し力を求める際には、コークスと炉底との静止摩擦係数μsは、コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力しか考慮していないが、実際のコークス押し出しでは、コークス塊同士の摩擦あるいは噛み込みより、炉底で発生する炉底煉瓦とコークスケーキ底面との摩擦力はコークスケーキの炉高方向で分散されるものと考える。従って、コークスケーキの炉高方向各位置での圧力を計算する際に、コークスケーキの炉高方向各位置でのコークス間の見掛けの摩擦係数μccを考慮することが好ましい。
すなわち、このコークス間の見掛けの摩擦係数μccを考慮すると、上記の圧力バランス式＜２＞を基に下式＜５＞とし、下記＜４＞式を用いて圧力分布を求めることが好ましい。
【数５】
2008266440.tif 000008
但し、μccはコークス間の見掛けの摩擦係数である。
このように、コークスケーキと炉底との間の静止摩擦係数が、コークス間のすべりにより炉高方向に分布を持つことを考慮し、上記＜４＞式を＜５＞式に入れて解くことにより、より精度の高い押出し圧力分布、及び押出し力を得ることができる。
【００３１】
このコークスケーキにおけるコークス同士の間の見掛けの摩擦係数μccは、以下に示すような方法にて求めることができる。
図１１は押出し機により炉高方向の見掛けの摩擦係数を測定する状況を示す図であり、（ａ）は、押出し機の断面を示す模式図、（ｂ）は、押出し圧力分布の測定結果を示す図である。図１１（ａ）において、押出し機のラムヘッド８の架台の高さ方向の５点に、歪ゲージ９を取付け、それぞれの位置での歪量から、押出し時にラムヘッドにかかる力を測定し、（ｂ）に示すような炉高さ方向の圧力分布を求めることができる。
【００３２】
上述のように、本発明の炉高方向および炉長方向の２次元モデルを用いた方法によれば、炭化室からコークスを押出す際の押出し圧力分布及び押出し力を精度良く推定することができるが、本発明は、これにとどまらず、上述の推定方法に基づいて、炭化室の押出しの難易（以下、これを押出し性とも記す）を判定することができる。
すなわち、押出し力の実績値Ｆactと上述の２次元モデルを用いた式＜３＞に基づいて推定した押出し力Ｆcalとの比、Ｆact／Ｆcalの値は、炭化室の総括的な見掛けの摩擦係数μall（総括見掛け摩擦係数とも記す）を表すものと見なせる。
【００３３】
推定した押出し力Ｆcalは、上述したように、石炭性状（石炭のＶＭ，水分量）、炭化室の寸法（炉幅、炉長、炉高、テーパー）、操業条件（炉温、乾留時間）、コークス性状(圧縮率)などを考慮し、水平減り（コークスケーキと炉壁の間隙）の推定値をもとに計算されるが、実際のコークス炉では各炭化室によって炉壁の損傷状況は異なり、各炭化室の炉壁の状況によってコークス押し出し性は大きく左右する。従って、各炭化室間で押出し力の実績値Ｆactと推定した押出し力Ｆcalとの比（μall）を比較することにより、各炭化室の炉壁の損傷状態に起因する炭化室の押出し性を判定することができる。また、各炭化室のμallの時系列変化を把握することにより、炉の補修の時期や程度を推定することも可能である。
【００３４】
すなわち、炉底或いは炉壁のレンガの剥離や亀裂などの発生により、コークスと炉底或いは炉壁との間の摩擦係数は大きくなるため、摩擦係数の大きい炭化室では、大きな押出し力が必要となる。従って上述の方法により見掛けの摩擦係数算出し、これを他の炭化室と比較することにより、当該炭化室の押出しの難易、つまり押出し性を判定することができる。或いは、各炭化室のμallの時系列変化を把握することにより、炉の補修の時期や程度を推定することも可能である。
【００３５】
また、推定した押出し力Ｆcalの値が、実績値の押出し力Ｆactの値とほぼ同じになるまで、上記２次元モデルを用いた方法において、式＜２＞のμs、μwのいずれか一方または双方を変化させる演算を繰り返し、ＦcalとＦactがほぼ一致した時のμs、μwを、その炭化室のコークス−炉底間及びコークス−炉壁間の見掛けの摩擦係数μs’、μw’ として得ることができる。この値の大小により当該炭化室の押出性の難易度を評価することが可能である。つまり、見掛の摩擦係数μs’、μw’が大きいほど、大きな押出力が必要であり、コークスの押出が難しくなる。
【００３６】
このほか、上記と同様の方法でそれぞれ現時点でのその炭化室（ｉ）のコークス−炉底間及びコークス−炉壁間の見掛けの摩擦係数μs’（ｉ）、μw’ （ｉ）を得ることができる。これを同様にして得た他の炭化室（ｎ）の見掛けの摩擦係数μs’(ｎ)、μw’(ｎ)と比較することにより、当該炭化室の押出し性を比較し、評価判定することもできる。
また、それぞれの炭化室における見掛けの摩擦係数を上記の方法によって操業回数を重ねるごとに求め、例えば、μs’ （ｉ）、μw’ （ｉ）の時系列的な変化を追跡することにより、炉底および炉壁の亀裂や煉瓦の剥離などの表面状況の変化を把握することもできる。これによって、炭化室の補修や更新の時期をより的確に判断することが可能となる。
【００３７】
本発明の上記の判定方法によれば、炭化室の炉底や炉壁の表面状況をコークスと炉底或いは炉壁間の摩擦係数のみで判断でき、石炭の性状や乾留条件などに影響されることないので、効率的である。
なお、上記方法において、押出し力の実績値と推定値との一致を図るために、推定式のμs及びμwのいずれか一方または双方を変化させるとしたが、通常、炉壁の表面状況の変化は、炉底の表面性状よりも大きくまた、コークスとの接触面性が大きいので、μsは一定とし、μwを変化させて、上記値の値が一致するようなμwを求めることが効率的である。
【００３８】
上記の方法においては、押出し力の実績値Ｆactを測定する必要がある。実績値の測定方法は特に限定されるものではないが、その一例を図１２に示す。
図１２は押出し機の概要を示す模式図であり、押出し機１は、ラムヘッド８と、ラムヘッド８連結され、これを押出すラムビーム１０、ラックを押出し駆動するモーター１１を備えている。モーター１１の回転トルクは、モーターに連結されたピニオン軸１２を介して先端のピニオン１３に伝えられ、ラムビーム１０に設けられたラック１４と噛み合うことによりラムビームを押し、ラムヘッド８に押出し力として伝えられる。
ピニオン軸１２にトルクセンサー１５を取り付け、ラムビーム１０に負荷された力を測定することにより、押出し力を得ることができる。
【００３９】
発明者らは、上記の方法による押出し性の判定方法を確認するため、石炭の性状や操業条件をほぼ同じとし、炉壁の状態の異なる複数の炭化室を用いて石炭を乾留し、コークスの押出し操業を行った。押出し力の実績値Ｆactを上述の測定方法により得る一方、本発明の上記２次元モデルを用いた方法によって求めた推定押出し力Ｆcalを求めた。ついで、上記モデルにおいて、コークスケーキと炉底間の静止摩擦係数μsはコークスケーキー炉壁間の静止摩擦係数と同一とし、コークスケーキ−炉壁間の静止摩擦係数μwを、見掛けの摩擦係数μw’とし、推定により得られる押出し力Ｆcalが実績の押出し力Ｆactとほぼ一致するときのμw’の値を求めた。
【００４０】
さらに、炉壁の表面状況の実態を表すものとして、この炭化室の炉壁の平均表面位置から±２０ｍｍを超える凹凸部分の面積の炉壁全体の面積に対する比率を調査した。この炉壁の表面状況（凹凸の面積比とも記す）と、上記の方法により求めた炉壁の見掛けの摩擦係数μwとの関係を図９に示す。図９から判るように、本発明の２次元モデルを用いた方法により求めた炉壁の見掛けの摩擦係数は、炉壁の表面状況（凹凸の面積比）と良く対応している。
すなわち、本発明の２次元モデルを用いた上述の方法によって、炉壁−コークスケーキ間の見掛けの摩擦係数を得ることにより、炉壁の表面状況を推定することができ、炭化室の押出し性を判定することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
炉幅４５０ｍｍ、炉長１５ｍ、炉高さ６ｍのコークス炉の炭化室において、水分量（％）の異なる石炭を乾留し、押出し機により押出した。その際の押出し力を測定すると共に、本発明の２次元モデルを用いた方法によって推定した。推定に用いたデータは、石炭の水分量（％）を除き、表１に記載したものとした。なお、推定において炉底−コークスケーキ間摩擦係数μs、炉壁−コークスケーキ間の摩擦係数μwともに、煉瓦−コークス間の静止摩擦係数である０．５とした。
また、比較のため、特許文献１に記載された１次元モデルの下記圧力バランス式によっても推定した。使用したデータは、2次元モデルを用いた場合と同様、表１に準じた。
一次元モデルにおいて、炉底ーコークスケーキ間摩擦係数μs、炉壁−コークスケーキ間摩擦係数ともに２次元モデルと同様に０．５とした。その他、コークス炉のサイズ、コークス比重等の計算条件は２次元モデルと揃えた。
ｄＰ＝−２μwｋ（ｘ）Pｄｘ／ｂ−μsgρｄｘ
ｄＰ：微小区間での押出し圧力の減少分  P：微小区間に掛かる押出し圧力。
【００４２】
実績の押出し力Ｆactと推定した押出し力Ｆcalとの差（実績押出し力−推定押出し力）と石炭の水分量との関係を、本発明の２次元モデルを用いた場合と従来の１次元モデルを用いた場合について図１０に示す。図１０から判るように、本発明の２次元モデルを用いた方法によれば、実績押出し力と推定押出し力との差は小さく、石炭の水分量にほとんど影響されておらず、精度の高い推定が可能であることが判る。また、本発明の２次元モデルを用いた場合の方が、１次元モデルを用いた場合よりも実績押出し力との差が小さく、かつ石炭の水分量による影響が小さいことが判る。
このように、本発明の２次元モデルを用いた方法によれば、炭化室からのコークスの押出し圧力分布並びに押出し力を高精度に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の押出力2次元推定モデルにおける押出し圧力バランスを示す図である。
【図２】本発明の押出力２次元推定モデルにおける炉長方向の押出し圧力バランスを示す図である。
【図３】本発明における押出し圧力を推算するための手順を示す図である。
【図４】コークス炉の炉壁-コークス間の間隙とランキン係数との関係を示す図である。
【図５】ランキン係数を測定するための装置の例を示す模式図である。
【図６】押出し初期のコークスケーキ最大圧縮時のコークスケーキのー炉壁間の間隙の変化を示す図である。
【図７】本発明の方法による押出し圧力の分布を示す図である。
【図８】本発明の方法による側圧の分布の分布を示す図である。
【図９】本発明の方法により得られたコークスケーキ−炉壁間の見掛けの摩擦係数と炉壁の表面状況（±２０ｍｍ超の凹凸の面積比）との関係を示す図である。
【図１０】実施例における石炭水分と実績押出し力と推定押出し力との差との関係を示す図である。
【図１１】押出し機により炉高方向の見掛けの摩擦係数を測定する状況を示す図であり、（ａ）は、押出し機の断面を示す模式図、（ｂ）は、押出し圧力分布の測定結果を示す図である。
【図１２】押出し機の押出し力の測定方法を示す模式図である。
【図１３】従来の押出し力の１次元推定モデルを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    押出し機
２    固定壁
３    可動壁
４    炉蓋
５    ロードセル
６    データ収集装置
７    コークスケーキ
８    ラムヘッド
９    歪ゲージ
１０    ラムビーム
１１    モーター
１２    ピニオン軸
１３    ピニオン
１４    ラック
１５    トルクセンサー
【図１】
2008266440.tif 000011
【図２】
2008266440.tif 000012
【図３】
2008266440.tif 000013
【図４】
2008266440.tif 000014
【図５】
2008266440.tif 000015
【図６】
2008266440.tif 000016
【図７】
2008266440.tif 000017
【図８】
2008266440.tif 000018
【図９】
2008266440.tif 000019
【図１０】
2008266440.tif 000020
【図１１】
2008266440.tif 000021
【図１２】
2008266440.tif 000022
【図１３】
2008266440.tif 000023