(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉に装入する配合炭の膨張圧を求め、コークス炉内での該配合炭の収縮率と基準収縮率との差は前記配合炭の膨張圧に比例するとして前記配合炭の収縮率を定め、該配合炭の収縮率およびコークスケーキ高さの目標値に基づいて装入炭の装入高さを定めることを特徴とするコークスの製造方法。
ただし、基準収縮率は配合炭の膨張圧がゼロのときの仮想的な配合炭の収縮率である。
【請求項２】
前記配合炭の膨張圧は、配合する各銘柄石炭の膨張圧の加成平均値、非微粘結炭配合率、非微粘結炭以外の石炭の全膨張率に基づいて求めることを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記配合炭の膨張圧は下記式（１）よって求めることを特徴とする請求項２に記載のコークスの製造方法。
Px =ａ・Σpi xi −ｂ・Σpi xi ・(X＋ｃ・X2 )・[1 + 1/(ｄ・TD＋ｅ)]＋ｆ …（１）
ただし、
Px：配合炭の膨張圧（ｋＰａ）
pi ：単味炭ｉの膨張圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：各銘柄石炭の膨張圧の加成平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD：粘結炭のみの配合炭の全膨張率（％）
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ：定数
【請求項４】
配合炭の膨張圧から下記式（２）によって配合炭の収縮率を求め、配合炭の収縮率から下記式（３）によって装入炭の装入高さを定めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコークスの製造方法。
配合炭の収縮率＝基準収縮率−ｋ×配合炭の膨張圧     （２）
装入高さ＝コークスケーキ高さ÷（１００−配合炭の収縮率）×１００     （３）
ただしｋは定数である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室式コークス炉におけるコークスの製造方法に関するものであり、特にコークス押し出し時における押し出し側圧を低減するコークスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室式コークス炉によるコークス製造においては、乾留を完了したコークスを押し出すことによってコークスを炉外に排出する。コークス押し出し時においてはコークスが炉壁を押し付ける押し出し側圧がかかるが、この押し出し側圧が大きいと炉壁に負荷を及ぼすこととなる。特に、押し詰まりや押し止めが発生すると炉壁に過大な負荷が作用して、炉壁損傷の原因となることが知られている。
【０００３】
高炉用コークスを製造するコークス炉は老朽化が進行しており、コークス炉の炉壁に及ぼす負荷をおさえてコークス炉の寿命を延長することは、現在のコークス製造技術においてきわめて大きな課題の一つである。
【０００４】
炭化室内への石炭装入量が多すぎると、押し出し時におけるコークスケーキの高さが高く、押し出し時にコークスケーキが炭化室の天井につかえてしまい、押し出しが困難になることがある。
【０００５】
一方、炭化室内への石炭装入量が少なすぎると、炭化室上部の空間が広くなるため、上部の炉頂空間及び装入石炭の上端付近の温度が通常に比べて高くなり、炉壁にカーボンが付着しやすい状況となる。このため、過小装入操業を継続すると、炉壁へのカーボン付着によるトラブルが多発する傾向にある。過小装入によって炉壁にカーボンが付着する場合、付着量は場所によって均一ではないので壁面に凹凸が生じる。このような状況では、装入量が多めになったロットにおいてはコークスの押し出し時に凹凸のある壁面によってコークス排出に抵抗が生じ、押し出しに過大な力が必要となる。結果的に押し出し側圧も過大となり、炉壁損傷の原因となるのである。
【０００６】
以上のような理由により、コークス炉操業においては、過大装入、過小装入を避けるべく、装入炭量を一定に保つように操業を行っている。さらには、装入炭量が一定でも装入高さにばらつきが生じると結局は過大装入・過小装入の問題が生じるので、石炭銘柄や粒度等の石炭性状及び含有水分から石炭の装入密度を求め、装入高さを一定にするように該装入密度に基づいて装入炭量の調整を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては石炭の装入高さを一定に保っているにもかかわらず、乾留後のコークスケーキ高さにはばらつきが生じていた。これでは、過大装入・過小装入による上記の問題は解決されずに残存し、押し出し側圧によるコークス炉炉壁負荷を増大する原因となっていた。
【０００８】
本発明は、押し出し時のコークスケーキ高さを一定に保つコークスの製造方法を提供し、もってコークス押し出し時における押し出し側圧を低減して炉壁損傷を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
石炭装入高さを一定にしてもコークスケーキ高さが一定にならないのは、コークス炉の操業条件あるいは装入石炭性状によりコークスの高さ方向収縮率（垂直焼き減り率）が異なるためである。本発明者等は、該収縮率が異なるのは装入石炭の膨張圧が石炭の配合によって異なることに原因があり、膨張圧が高いと乾留中にコークスケーキを炉壁に押しつけて突っ張り、コークスケーキの沈下が遅れるため、垂直焼き減りが減少することを見出した。即ち、膨張圧が高い配合炭を用いた場合には、装入時の装入高さが同じでも焼き上がり後のコークスケーキの高さが高くなって押し出し時におけるコークスケーキの天井づかえが発生しやすくなり、逆に膨張圧が低い配合炭を用いた場合には、焼き上がり後のコークスケーキの高さが低くなって炉壁のカーボン付着量が増大する。
【００１０】
そして、配合炭の収縮率と膨張圧との間には膨張圧が一定値以下の範囲では直線的な関係があり、膨張圧がゼロのときの仮想的収縮率を基準収縮率とおくと、配合炭の収縮率と基準収縮率との差は配合炭の膨張圧に対して比例関係にあることを明らかにした。
【００１１】
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは、下記のとおりである。
（１）コークス炉に装入する配合炭の膨張圧を求め、コークス炉内での該配合炭の収縮率と基準収縮率との差は前記配合炭の膨張圧に比例するとして前記配合炭の収縮率を定め、該配合炭の収縮率およびコークスケーキ高さの目標値に基づいて装入炭の装入高さを定めることにより、押し出し時のコークスケーキ高さを一定に保つことを特徴とするコークスの製造方法。
（２）前記配合炭の膨張圧は、配合する各銘柄石炭の膨張圧の加成平均値、非微粘結炭配合率、非微粘結炭以外の石炭の全膨張率に基づいて求めることを特徴とする上記（１）に記載のコークスの製造方法。
（３）前記配合炭の膨張圧は下記式（１）よって求めることを特徴とする上記（２）に記載のコークスの製造方法。
Px =ａ・Σpi xi −ｂ・Σpi xi ・(X＋ｃ・X2 )・[1 + 1/(ｄ・TD＋ｅ)]＋ｆ …（１）
ただし、
Px：配合炭の膨張圧（ｋＰａ）
pi ：単味炭ｉの膨張圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：各銘柄石炭の膨張圧の加成平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD：粘結炭のみの配合炭の全膨張率（％）
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ：定数
（４）配合炭の膨張圧から下記式（２）によって配合炭の収縮率を求め、配合炭の収縮率から下記式（３）によって装入炭の装入高さを定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の製造方法。
配合炭の収縮率＝基準収縮率−ｋ×配合炭の膨張圧 （２）
装入高さ＝コークスケーキ高さ÷（１００−配合炭の収縮率）×１００ （３）
ただし、基準収縮率は配合炭の膨張圧がゼロのときの配合炭の収縮率であり、ｋは定数である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明において、配合炭の膨張圧は、例えば特開平５−２５５６７０号公報に記載のように可動壁型試験乾留炉を用いる方法、あるいは特開平４−２７２９９２号公報に記載のように試験炉で軟化溶融した石炭層内のガス圧力を測定する方法により実測によって求めることもできる。
【００１３】
一方、配合炭の膨張圧は、配合する各銘柄石炭の膨張圧の加成平均値、非微粘結炭配合率、非微粘結炭以外の石炭の全膨張率に基づいて求めることができるので、配合炭を用いた実測によらず、配合する石炭の各銘柄毎に予め測定によって求めた膨張圧に基づいて、下記に示すように計算によって配合炭の膨張圧を求めることもできる。
【００１４】
軟化溶融した石炭層のガス透過係数は式（４）で表せる（有馬  孝，野村誠治，福田耕一：鉄と鋼，８２（’９６），６５）。
１／Ｋ＝Ｓ（Ｃ−１）                        （４）
Ｋ：軟化溶融石炭のガス透過係数［ｍ2 ］
Ｓ：傾き［ｍ-2］
Ｃ：圧縮比［−］
【００１５】
圧縮比は石炭の自由膨張がどの程度拘束されているかを示す指標であり、式（５）で定義される。
Ｃ＝Ｖf ／Ｖ                                （５）
Ｖf ：自由膨張時の最大比容積［ｃｍ3 ／ｇ］
Ｖ  ：膨張拘束条件下での軟化溶融石炭比容積
（ガス透過係数測定時における装入密度の逆数）［ｃｍ3 ／ｇ］
【００１６】
ここで、以下の仮定をおくことにより、配合炭の膨張圧推定式を導いた。
仮定▲１▼：膨張圧は軟化溶融した石炭層のガス透過係数に比例する。
仮定▲２▼：非微粘結炭配合割合により（４）式の傾きＳは変化しない。
仮定▲３▼：非微粘結炭配合割合および粘結炭の全膨張率が膨張圧に及ぼす影響は、配合炭の圧縮比変化に起因すると仮定し、非微粘結炭を含む配合炭の圧縮比については、非微粘結炭配合割合の関数で表せる膨張阻害効果φにより、粘結炭のみの配合炭の圧縮比から推定できるとする。
仮定▲４▼：粘結炭のみの配合炭の膨張圧は高膨張圧炭膨張圧加成値の１次式で表せる。
【００１７】
膨張圧は軟化溶融した石炭層のガス透過係数に比例すると仮定すれば（仮定▲１▼）、非微粘結炭を含まない粘結炭のみの配合炭の膨張圧は、基本的に次式で表せる。
Ｐb ≒ｋＳ（Ｃb −１）                      （６）
Ｐb ：粘結炭のみの配合炭の膨張圧［ｋＰａ］
ｋ  ：定数
Ｃb ：粘結炭のみの配合炭の圧縮比［−］
Ｃb ＝ａ'ＴＤ＋ｂ'                           （７）
ＴＤ：粘結炭のみの配合炭の全膨張率［％］
ａ'，ｂ'：定数
【００１８】
粘結炭のみの配合炭において、Ｘ％の石炭を非微粘結炭に振り替えた場合、ｋ、Ｓが変わらないと仮定すると（仮定▲２▼）、非微粘結炭をＸ％含む配合炭の膨張圧ＰX は次のように表せる。
0004005741.tif 000002
ＰX ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の膨張圧
ＣX ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の圧縮比
【００１９】
膨張圧が高い粘結炭の石炭化度は高く、軟化溶融範囲は高温側にある。一方、非微粘結炭の石炭化度は低く、軟化溶融範囲は低温側にあるため、膨張圧が高い粘結炭が軟化溶融している時に非微粘結炭は既に再固化しており、粘結炭の膨張を阻害する。そこで、非微粘結炭をＸ％含む配合炭の圧縮比については、非微粘結炭配合による膨張阻害効果φを考慮して、（９）式で表せる（仮定▲３▼）。
ＣX ＝φＣb （１００−Ｘ）／１００          （９）
φ＝１−ｃ'Ｘ
φ：非微粘結炭配合による膨張阻害効果を示す係数［−］
ｃ'：定数
【００２０】
ここで、粘結炭のみの配合炭の膨張圧は高膨張圧炭膨張圧加成値の１次式で（１０）式のように近似できる（仮定▲４▼）。
Pb =d'Σpi xi + e'                      （１０）
pi ：高膨張圧炭ｉの膨張圧［ｋＰａ］
xi ：高膨張圧炭ｉの配合割合
Σpi xi ：高膨張圧炭膨張圧の加成平均値［ｋＰａ］
d',e'：定数
【００２１】
（７）（８）（９）（１０）式より、
PX =(ｄ'Σpi xi +ｅ')/(ａ'TD+ｂ'-1)×[(1-ｃ'Ｘ)(ａ'TD+ｂ'-1)(100-Ｘ)/100-1]
≒a・Σpi xi -b・Σpi xi ・(X+cX2)・[1+1/(d・TD+e)]+f          （１）
a, b, c, d, e, f：定数
即ち、前記式（１）によって配合炭の膨張圧を求めることができる。
【００２２】
ここで、単味炭ｉの膨張圧piは、特開平４−２７２９９２号公報で提案の方法、すなわち、軟化溶融した石炭が発生するガスの圧力を測定する装置として、金属製の石炭装入容器内に測定対象の石炭を装入すると共に、内部の圧力を測定するプローブを装着した石炭装入容器と、この石炭装入容器を収容して、石炭装入容器の側面から８００〜１２００℃に加熱可能な加熱炉から構成された試験炉を用いて測定することができる。また、粘結炭のみの配合炭の全膨張率TDはＪＩＳ
Ｍ８８０１石炭膨張性試験方法によって求めることができる。
【００２３】
ａ〜ｆの各定数をそれぞれa=0.795064, b=0.004087, c=-0.0040476, d=0.00986, e=-0.2112, f=-5.9394とすると、実測によって求めた配合炭の膨張圧とほぼ一致する結果を得ることができた。
【００２４】
配合炭の収縮率を、コークスの高さ方向収縮率（垂直焼き減り率）として、（石炭装入高さ−焼き上がりコークスケーキ高さ）／（石炭装入高さ）×１００で定義する。即ち、
装入高さ＝コークスケーキ高さ÷（１００−配合炭の収縮率）×１００  （３）である。
【００２５】
コークス炉において、高さ方向における収縮挙動は、石炭装入後数時間の間におこる一次収縮と乾留後期におこる二次収縮に分けることができるが、一次収縮は水分の蒸発に起因する石炭粒子充填構造の圧密化によりおこると考えられており、石炭粉砕粒度や水分によってきまる石炭装入密度に大きく依存する。一方乾留後期におこる二次収縮は、膨張圧に大きく依存する。したがって、ここで定義する配合炭の収縮率は、一次収縮と二次収縮の和である。
【００２６】
この配合炭の収縮率と上記式（１）で求めた配合炭の膨張圧との関係を調査した結果、図１に示すような関係が得られた。配合炭の膨張圧と収縮率とは膨張圧２０ｋＰａ以下においては直線的な関係を有し、膨張圧ゼロにおける仮想的な収縮率を基準収縮率とすると、配合炭の収縮率と基準収縮率との差は前記配合炭の膨張圧に比例する。即ち、下記式（２）で表すことができる。
配合炭の収縮率＝基準収縮率−ｋ×配合炭の膨張圧      （２）
図１に示した実績に基づくと、基準収縮率は約８％であり、定数ｋは約０．１（％／ｋＰａ）である。
【００２７】
配合炭の膨張圧と収縮率とが直線的な関係を有する理由は、膨張圧が高いと乾留中にコークスケーキを炉壁に押しつけて突っ張り、コークスケーキの沈下が遅れ、それによって垂直焼き減りが減少するためであると考えられる。
【００２８】
なお、膨張圧が２０ｋＰａをこえる領域においては配合炭の収縮率は５．５〜６％であり、膨張圧にあまり依存しない。これは、膨張圧が高い領域では、二次収縮が開始する時期は、軟化溶融層が炭化室中央で会合し、膨張圧が消滅してからであり、その時点からの収縮量は膨張圧の影響を受けないためと考えられる。
【００２９】
一方、実際のコークス炉の操業においては膨張圧は概ね１０ｋＰａ以下の傾向があるので、実用的には（２）式の関係式を用いることにより収縮率を推定することができる。
【００３０】
図１の結果を用いて、あるいは本発明を適用するコークス炉において実際に配合炭の膨張圧と配合炭の収縮率との関係を実測により求め、基準収縮率と定数ｋとを定める。次いで、装入炭の配合が変更になるたびに、実測によりあるいは計算によって該配合炭の膨張圧を求める。これによって配合炭の収縮率を推定することができるので、該推定した配合炭の収縮率に基づき、焼き上がり後のコークスケーキ高さが目標値になるように石炭の装入高さを決定する。これにより、装入炭の配合が変更になってもコークスケーキ高さが常に一定になるようなコークスの製造が可能になる。
【００３１】
石炭の装入密度が一定であれば、石炭の装入量を定めれば装入高さを精度よく目標値に保つことができる。ところが装入密度は石炭銘柄、粒度等の石炭性状や石炭中の水分含有量によって変動する。従って、予め石炭銘柄、粒度等の石炭性状や石炭中の水分含有量に基づいて装入密度を推定し、該推定した装入密度によって装入量を調整することにより、実績装入高さを目標に一致させることができる。
【００３２】
【実施例】
室式コークス炉において本発明を適用した。予め石炭の各銘柄毎に膨張圧を前記した特開平４−２７２９９２号公報に記載の方法により求めておき、装入炭の配合に応じて式（１）によって配合炭の膨張圧を求めた。図１に基づいて配合炭の膨張圧と収縮率の関係を定め、コークスケーキ高さが一定になるように石炭装入高さを調整した。
【００３３】
本発明適用前の石炭装入高さ一定制御を行っていた時点においては、コークスケーキ高さは±２０ｃｍのばらつきを有していたが、本発明適用後においては、コークスケーキ高さのばらつきは±５ｃｍに低減した。その結果、コークスケーキ高さが高すぎることによる押し出し不良、炉壁へのカーボン付着による押し出し不良ともに減少することができた。
【００３４】
図２に本発明実施前後のコークス炉の押し出し電流の推移を示す。押し出し電流管理値は２５０Ａ以下である。本発明実施前には管理値をオーバーすることがあったが、本発明により配合炭の膨張圧に応じて装入炭量を制御した結果、押し出し電流を管理値以下に維持しながら安定的な操業を継続することが可能になった。
【００３５】
【発明の効果】
コークス炉に装入する配合炭の膨張圧に基づいて装入炭の装入高さを定めることにより、押し出し時のコークスケーキ高さを一定に保つことができ、もってコークス押し出し時における押し出し側圧を低減して炉壁損傷を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】配合炭の膨張圧と配合炭の収縮率の関係を示す図である。
【図２】本発明の適用によるコークス炉の押し出し電流の改善効果を示す図である。
【図１】
0004005741.tif 000003
【図２】
0004005741.tif 000004