(57)【要約】【課題】窯毎の特性を考慮した判定が可能なコークス炉の押詰り判定方法とそれを用いたコークス炉の操業方法を提供することを目的とする。【解決手段】最大押出し力とそれが発生したラム位置を１組のデータとする複数組の過去のデータに基づいて、任意の１組の最大押出し力とそれが発生したラム位置を入力変数として過去のデータとの近似度を表す判定式を定義し、判定式の出力値に基づいて今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定するコークス炉の押詰り判定方法である。【選択図】　　図１
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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排出する際の押詰りの可能性を判定する押詰り判定方法において、
最大押出し力とそれが発生したラム位置を１組のデータとする複数組の過去のデータに基づいて、任意の１組の最大押出し力とそれが発生したラム位置を入力変数として前記過去のデータとの近似度を表す判定式を定義し、
前記判定式の出力値に基づいて、今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定すること
を特徴とするコークス炉の押詰り判定方法。
【請求項２】
前記判定式は、過去の操業データに基づく前記最大押出し力とそれが発生したラム位置の、平均値、標準偏差、共分散の内少なくとも１つを用いて定義されたものであることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の押詰り判定方法。
【請求項３】
前記判定式は、最大押出し力とそれが発生したラム位置を変量とするマハラノビスの距離として定義されたものであることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の押詰り判定方法。
【請求項４】
前記判定式は、
過去の操業データの内、押詰り有りのデータに基づいて定義され、
前記判定式の出力値と所定の閾値とを比較して今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定すること
を特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１の請求項に記載のコークス炉の押詰り判定方法。
【請求項５】
前記判定式は、
過去の操業データの内、押詰り有りのデータに基づいて定義された第１の判定式と、
過去の操業データの内、押詰り無しのデータに基づいて定義された第２の判定式とを備え、
前記第１と第２の判定式の出力値を比較して今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定すること
を特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１の請求項に記載のコークス炉の押詰り判定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の内いずれか１の請求項に記載の押詰り判定方法を用いて、今後のコークス炉の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定し、
押詰りの可能性が高い場合は、コークス炉のレンガが破孔しない押出し力を保つ条件で操業することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の内いずれか１の請求項に記載の押詰り判定方法を用いて、今後のコークス炉の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定し、
押詰りの可能性が高い場合は、静置時間を所定時間よりも長くすることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉のコークスを排出するための押出し力等から今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定する押詰り判定方法及びその判定方法を用いたコークス炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭を乾留してコークスを製造するコークス炉は、耐火煉瓦の隔壁である炉壁煉瓦で仕切られた燃焼室と炭化室とが交互に配置された構造をしている。
【０００３】
コークスの原料である石炭は、装炭車のホッパに積載されて所定の炭化室まで運搬され、炭化室の上方から炭化室内に装入される。炭化室内に装入された石炭は炭化室の両側に配置された燃焼室の熱で乾留されてコークスとなる。乾留が終了した赤熱コークスは、押出し機の押出しラムによって側方から押されて排出される。室炉式コークス炉では、このように石炭の装入、コークス化、コークスの押出し（窯出し）の一連の作業が繰り返される。
【０００４】
ところで、コークス炉の押出し作業において、押出しが円滑に行われなくなる場合が発生する。これは、乾留に伴って生成するカーボンの炭化室炉壁への付着、あるいは炉壁面に何らかの原因で発生する損傷あるいは肌荒れ、コークスケーキの膨張等が原因となり、コークスを炭化室から排出するために必要な押出し力が大きくなるためである。この結果、コークスの押出し作業に支障が生じ、著しい場合には、コークスが炭化室内に詰まって押出すことができなくなる、いわゆる押詰りが発生することもある。
【０００５】
押詰りが発生した場合に押出し作業を続行すると、コークス炉の炭化室炉壁煉瓦に多大の負荷を加えることとなり、炉体の損傷、炉壁の倒壊につながる恐れがある。そこで押詰りが発生した場合は、コークス炉の寿命低下を防止するために、窯出し作業を中断し、炭化室内の詰まったコークスを押出が可能な状態となるまで人力により掻き出す等の措置がとられる。この結果、コークス炉全体の窯出しスケジュールの変更を余儀なくされ、単独の窯のみでなく他の窯を含めた全体としてコークス生産性が低下するばかりでなく、押出し可能となるまでの静置時間延長によって、消費熱量も増大し、コークス製造コストの増加につながる。従って、このような押詰りの発生は、未然に防止することが必要である。
【０００６】
従来、押詰りの防止対策として、押出し力を監視して管理することによって、未然に防止する方法が知られている。そして、押出し力が増加する傾向にある場合は、その炭化室については乾留終了後から排出までの置時間を延長して十分に静置したり、大きな押出し力を要する炭化室については炉壁付着カーボンの除去や、炉壁、炉底の補修を行う等の対応がとられている。
【０００７】
例えば特開平１１ー６１１３７号公報に記載されたコークス炉の操業方法では、押出機の押出ラムに負荷される押出し力と押出ラムの位置を同時に連続して検出し、検出した押出し力から最大押出し力であるピーク値とそのときの押出ラム位置とに基づいて、押出し力の上昇原因を推定する。そして、押出し力の上昇が炉壁へのカーボン付着あるいは炉壁損傷に基づくものか、装入炭の性状あるいは乾留状況に起因するものであるかを決定し、炉壁補修の要否を判定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−６１１３７号公報に記載されている方法は、押出し力の異常判断を過去の押出し力のピーク値とその時の押出ラム位置との履歴を見て定性的に判断しているものである。従って、押出し力とその最大力発生位置が窯毎に異なり、また押出し作業毎にばらつくという、窯毎の特性を考慮する必要があり、適正な判定をするためには熟練が必要であった。
【０００９】
本発明は係る事情に鑑みてなされたもので、窯毎の特性を考慮した判定が可能なコークス炉の押詰り判定方法とそれを用いたコークス炉の操業方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するための本発明は、最大押出し力とそれが発生したラム位置を１組のデータとする複数組の過去のデータに基づいて、任意の１組の最大押出し力とそれが発生したラム位置を入力変数として過去のデータとの近似度を表す判定式を定義し、判定式の出力値に基づいて今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定するコークス炉の押詰り判定方法である。
【００１１】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の押詰り判定方法において、判定式は、過去の操業データに基づく最大押出し力とそれが発生したラム位置の、平均値、標準偏差、共分散の内少なくとも１つを用いて定義されたコークス炉の押詰り判定方法である。
【００１２】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の押詰り判定方法において、判定式は、最大押出し力とそれが発生したラム位置を変量とするマハラノビスの距離として定義されたコークス炉の押詰り判定方法である。
【００１３】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の押詰り判定方法において、判定式は、過去の操業データの内、押詰り有りのデータに基づいて定義され、判定式の出力値と所定の閾値とを比較して今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定するコークス炉の押詰り判定方法である。
【００１４】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の押詰り判定方法において、判定式は、過去の操業データの内押詰り有りのデータに基づいて定義された第１の判定式と、過去の操業データの内押詰り無しのデータに基づいて定義された第２の判定式とを備え、第１と第２の判定式の出力値を比較して今後の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定するコークス炉の押詰り判定方法である。
【００１５】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の押詰り判定方法を用いて、今後のコークス炉の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定し、押詰りの可能性が高い場合は、コークス炉のレンガが破孔しない押出し力を保つ条件で操業するコークス炉の操業方法である。
【００１６】
また本発明は、上記記載の発明であるコークス炉の操業方法において、今後のコークス炉の操業において押詰りの可能性が高いか否かを判定し、押詰りの可能性が高い場合は、静置時間を所定時間よりも長くするコークス炉の操業方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上述のようにコークス炉の各窯は、石炭を乾留する炭化室、燃料ガスを燃焼させる燃焼室、燃焼廃ガスの余熱を利用するための蓄熱室および蓄熱室下の水平煙道で構成されている。
【００１８】
コークス炉は、複数の窯が集合して炉団を形成しており、各窯を構成する炭化室は、長さ１２〜１６ｍ、高さ４〜７ｍ、幅４００ｍｍ〜４５０ｍｍの大きさである。押出し機はこの炭化室の片側（ＰＳ側）から押出し機ラムを約１２〜１６ｍ押出すことで炭化室の反対側（ＣＳ側）に約１２〜３０ｔの赤熱コークスを排出する。尚、コークスの押出しを容易にするために、炭化室はコークガイド車のあるＣＳ側が押出し機のあるＰＳ側よりも幅が４０〜７５ｍｍ広くなっている。
【００１９】
コークスを製造するために、コークス炉には装炭車、押出し機、コークガイド車、コークバケット車等の付帯設備が設けられている。
【００２０】
装炭車はコークス炉の炉頂に設けられ、貯炭槽から切り出された石炭を受け取ると、所定の炭化室まで走行して炭化室の上部から炭化室内に石炭を装入する。装入された石炭は密閉された炭化室内で燃焼室からの熱によって乾留される。乾留が終了し石炭がコークス化すると、押出し機が当該炭化室前まで走行して赤熱コークスの排出を開始する。押出し機には、炭化室の炉蓋を吊り上げて開閉する炉蓋取装置、赤熱コークスを押出すための押出しラムが備えられている。
【００２１】
窯出し作業時には、コークガイド車とコークバケット車が、炭化室をはさんで押出し機と反対側に待機している。そしてコークガイド車は、押出し機が炭化室内の赤熱コークスを押出す際、炭化室の反対側の炉蓋を開け、押出されてくる赤熱コークスがコークバケット車上に積載されるようにガイドする。コークバケット車は、コークガイド車の案内格子を通って押出されてくる赤熱コークスを受け入れる。赤熱コークスを受け入れたコークバケット車は電車に牽引されてＣＤＱまで走行し、ＣＤＱ内で赤熱コークスが乾式消火される。
【００２２】
図１は、本発明に係る押詰り判定方法が適用される押詰り判定システムの構成を示す図である。
【００２３】
本押詰り判定システムは、押出し力の異常有無を判定する異常判定用計算機１、押出し機に関するデータとコークス炉プロセスに関するデータを収集して異常判定用計算機１に伝送するデータサーバ２で構成されている。
【００２４】
押出し機に関して収集されるデータは、押出し機ラム３の押出し力とラムの押出し位置である。押出し力は押出し力検出器４で検出され、例えば押出しモータ５の電流値、押出しモータ５の軸にかかるトルク、又はロードセルを用いて実測した値等が利用される。ラムの押出し位置は押出し位置検出器６で検出され、例えば押出し機ラム３の位置をバリカム等を用いて実測した値が利用される。
【００２５】
コークス炉のプロセスに関して収集されるデータは、どの窯がコークス押出し可能になっているか、窯出しの準備ができているかなどのコークス作業に関する情報であり、これによって窯データと押出し機に関するデータとを対応付けることができる。
【００２６】
尚、異常判定用計算機１には上述のデータの他に補修データも保管されており、この補修データは図示しないコンピュータ端末から手動で入力される。補修データには、炭化室毎の押詰り実績、溶射、セミドライの湿式の吹付、煉瓦積み替えなどの補修方法、補修を実施した煉瓦の補修位置の各データ等が含まれている。
【００２７】
図２は、最大押出し力とそれが発生したラム位置を窯毎に示した図である。図２の（１）はＡ窯の実績を示し、図２の（２）はＢ窯の実績を示している。最大押出し力とは、１回の押出し作業においてラムに負荷される最大の押出し力の実績値をいう。押詰り発生時は、コークス押出し機の押出し機ラム３が停止し、その際の押出し力検出器４の検出値が、「押詰り有り時の最大押出し力」となる。
【００２８】
図２に示すように窯毎に押詰りするときの押出し力とそのラム位置は異なり、それぞれ固有の特性を持っていることがわかる。また、最大押出し力と押出し機ラム位置のデータと押詰りの有無との対応も明確ではない。
【００２９】
発明者らは、係る課題の解決を図るために鋭意検討を重ね、上述のように対応関係が不明確となっているデータに基づいて押詰りの可能性を判定するための方法を想到するに至ったものである。
【００３０】
ここで、ある押出し時の最大押出し力Ｗ、その発生位置Ｘを入力として、押詰りの有無Ｙを出力とする関数Ｚを考えると、これは式（１）で表される。
Ｙ　＝　Ｚ（Ｗ、Ｘ）　　　　　　　　　　　・・・（１）
そして、Ｙが押詰り有りを与えるＷとＸのデータ群で構成される「押詰り有りグループ」と、Ｙが押詰り無しを与えるＷとＸのデータ群で構成される「押詰り無しグループ」に分類し、押詰りの可能性有無を判定しようとするデータＷとＸがいずれのグループに近似しているかで判定する。
【００３１】
そこで発明者らは、「押詰り有りグループ」と、「押詰り無しグループ」のそれぞれに属する過去の実績データに基づいて、当該グループを特徴付ける指標の抽出を試み、以下に述べる指標を得た。
【００３２】
図３は、最大押出し力とその発生ラム位置のデータに基づく指標を示す図である。
図３によれば、押詰りが発生した場合の最大押出し力とそのラム位置は窯毎に異なっている。しかし、同じ窯の内に着目すれば、最大押出し力とそのラム位置データの平均値、標準偏差、共分散の少なくとも１つを指標として押詰りの可能性有無を特徴付けることが可能である。
【００３３】
そこで、関数Ｆを、押詰り発生時の最大押出し力とそのラム位置の平均値、標準偏差、共分散の内少なくとも１つを用いて、「押詰り有りグループ」に属するデータとの近似度を表す関数として定義する。そうすると、ある押出し時の最大押出し力をＷ、その発生位置をＸとして「押詰り有りグループ」との近似度Ｄ１は式（２）で表される。
Ｄ１＝　Ｆ（Ｗ、Ｘ）　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
ここでＤ１が小さい程近似しているものとする。
【００３４】
そして、式（２）で求められたＤ１と窯毎に定めた閾値Ｔｈとを比較する。Ｄ１＜Ｔｈの場合は、ある押出し時の最大押出し力Ｗ、その発生位置Ｘは「押詰り有りグループ」のデータと近似しているとして押詰りの可能性が大きいと判定する。ここで、閾値Ｔｈは窯毎に過去の操業データに基づいて定めているため、この判定は窯毎の特性を考慮したものとなっている。
【００３５】
また、本発明に係る押詰り判定方法は、相対的に判定を行う形態で実施することもできる。即ち、ある押出し時の最大押出し力Ｗ、その発生位置Ｘを「押詰り有りグループ」のデータと「押詰り無しグループ」のデータのいずれにより近似しているかを比較して判定する。
【００３６】
そこで、式（２）での関数Ｆの他に、関数Ｇを、押詰り発生無し時の最大押出し力とそのラム位置の平均値、標準偏差、共分散の内少なくとも１つを用いて、「押詰り無しグループ」に属するデータとの近似度を表す関数として定義する。ここで、関数Ｇは関数Ｆと同じ構成であり「押詰り無しグループ」のデータを用いて定義される点が異なっているのみである。そうすると、ある押出し時の最大押出し力をＷ、その発生位置をＸとして「押詰り無しグループ」との近似度Ｄ２は式（３）で表される。
Ｄ２＝　Ｇ（Ｗ、Ｘ）　　　　　　　　　　　　　・・・（３）
ここで、Ｄ２が小さい程近似しているものとする。
【００３７】
そしてＤ１＜Ｄ２の場合は、ある押出し時のデータは「押詰り有りグループ」のデータとより近似しているため押詰りの可能性が大きいと判定し、Ｄ１＞Ｄ２の場合は「押詰り無しグループ」のデータとより近似しているため押詰りの可能性が小と判定する。
【００３８】
尚、本実施の形態では近似度を与える関数を定義して用いているが、この関数としては、例えば、一般的な統計解析手法を用いて両グループを母集団とするそれぞれの分布に基く検定計算、発生確率計算を表す関数として定義しても良く、また最大押出し力とラム位置を変量とする多変量解析手法のうち多次元尺度法、クラスター分析に用いられる距離を表す関数、あるいは判別分析法等で用いられるマハラノビスの距離で定義しても良い。これらの関数には、上述の平均値、標準偏差、共分散などの内少なくとも１つのデータが用いられているため、両グループを弁別することが可能である。
【００３９】
また、本実施の形態では、計算された近似度Ｄ１、Ｄ２の値そのもので押出し力異常を判定するのではなく、近似度Ｄ１とＤ２との大小関係という相対値で押出し力異常を判定する。尚、本相対的判定方法を適用し、さらに窯毎の修正を施して使用すればより精度良く異常判定が可能となる。
【００４０】
図４は、本発明にかかる押詰り判定方法を用いて判定した結果を示す図である。
【００４１】
図４では、最初は押詰り可能性無しであったものが、その後、連続して押詰り可能性有りと判定された。このため、このまま操業を継続すると煉瓦破孔の可能性があると判断し、破孔しない押出し力を保つ条件で操業を行った。その結果、炉壁煉瓦が破孔するのを未然に防止することができた。また、このような判定結果が出た場合は、押出し力を変更することの他に、乾留後排出までの静置にかける時間を長くして押し出し力を小さくすることで炉壁煉瓦の破孔を防止することもできる。
【００４２】
このように、本実施の形態を適用すれば、押詰りの恐れが有ると判定された場合には、炉体が損傷を起こす前に対策を取ることが可能となる。これにより、健全な状態を保って炉操業が可能となり、炉の寿命を延ばすことができる。
【００４３】
また押出し力が異常と判断された場合、装入石炭量を削減する、装入石炭組成を変更する、等の対策を取ることもできる。
【００４４】
また、コークス炉の炉壁煉瓦が破孔する可能性がある場合には、破孔が予測される炉壁煉瓦を事前に補修して炉壁煉瓦が破孔するのを防止する。炉壁煉瓦を補修すると、押出し力が低減する。この結果、炭化室の炉壁煉瓦が破孔するのを防止し、炉の寿命を伸ばすことができる。
【００４５】
本実施の形態により、窯毎の特性を考慮した方法で定量的な押詰りの判定ができるため、コークス炉の操業方法を木目細かく制御可能となり、コークス炉の寿命延長に貢献できる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態では、押出し力とその発生位置とを入力とする押詰り判定式を作成し、この判定式に基づいて炭化室毎の特性を考慮した判定をすることができる。そしてこの判定結果により、コークス炉の操業方法を変更することで、コークス炉の炉壁煉瓦が破孔する可能性を事前に回避することで、炉壁煉瓦の破孔を防止し、炉の寿命を延長することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る判定方法によれば、窯毎の特性を考慮してコークス炉の押詰り可能性の有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押詰り判定方法が適用される押詰り判定システムの構成を示す図。
【図２】最大押出し力とそれが発生したラム位置を窯毎に示した図。
【図３】最大押出し力とその発生ラム位置のデータに基づく指標を示す図。
【図４】本発明にかかる押詰り判定方法を用いて判定した結果を示す図。
【符号の説明】
１…異常判定用計算機
２…データサーバ
３…押出し機ラム
４…押出し力検出器
５…押出しモータ
６…押出し位置検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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