(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数銘柄の石炭を配合した配合炭を用いたコークス炉の操業方法において、前記配合炭を構成するそれぞれの銘柄の石炭の最大膨張圧の重み付き平均値（Σpi xi ）、非微粘結炭の配合率（Ｘ）、および粘結炭のみの配合炭の全膨張率（ＴＤ）、粘結剤添加率（ｙ）から式（１）により配合炭膨張圧（Ｐｘ）を算出し、この算出配合炭膨張圧（Ｐｘ）を、あらかじめ定めたコークス炉の許容限界圧以下にするように、石炭の銘柄および配合割合を変えずに、粘結剤添加率（但し、０重量％を除く）を調整することを特徴とするコークス炉の操業方法。
Px ＝[a・Σpi xi -b・Σpi xi ・（X+c・X2 ) ・{1+1/(d・TD+e)}+f］・(1-g・y)
・・・・・（１）
ただし
Px ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の推定膨張圧（ｋＰａ）
pi ：試験乾留炉によって測定した単味炭ｉの最大膨脹圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：配合炭を構成するそれぞれの単味炭ｉの最大膨張圧の重み付き平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD ：粘結炭のみの配合炭の粘結性パラメータである全膨張率（％）
y：対石炭あたりの粘結剤添加率（％）
a,b,c,d,e,f,g：試験乾留炉によって測定した配合炭の膨張圧を基に得られた定数
【請求項２】
粘結剤がヘキサンに可溶な成分を１０ｗｔ％以上含み、且つ炭素が８５ｗｔ％以上含有する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操業方法。
【請求項３】
粘結剤がタールからなることを特徴とする請求項２記載の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、コークス炉の操業方法に関し、特に、コークス炉の損傷低減及びコークス押し出し性の向上のためのコークス炉の操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炭化室で石炭を乾留してコークスを製造する過程で、石炭は加熱されることにより膨張し、コークス炉の炉壁に圧力を及ぼすが、この圧力のことを一般に膨張圧と呼んでいる。この膨張圧が異常に高くなると、コークス炉の炉壁が直接損傷して操業不能になったり、コークスの炭化室から炉外への排出時（押し出し時）に抵抗（押し出し抵抗）が増大し、炉壁に過大な負荷を加えることにより、炉壁損傷の原因となる。
このため、コークス炉の操業において膨張圧をコークス炉損傷の許容限界値以下に管理することは、重要な課題である。特に、近年コークス炉の老朽化が進み、炉体強度が低下することにより許容限界値が低下するとともに、近年の調湿炭法などの石炭事前処理技術の導入によりコークス炉炭化室内の石炭装入嵩密度が上昇し、膨張圧は増加傾向にあり、コークス炉の延命のために膨張圧管理はますます重要な課題となっている。
【０００３】
従来、膨張圧は実コークス炉では測定できないため、石炭の揮発分、炭素含有率、平均反射率で表される石炭化度、もしくは全膨張率や最高流動度等で表される粘結性パラメータで膨張圧を推定することが試みられているが、これらの石炭性状だけから推定した膨張圧と実際の膨張圧とは格差があり、実用レベルでの膨張圧の推定はできなかった。
そのため、特開平５−２５５６７０号公報で開示されているように、所定の配合炭を実コークス炉に装入する前に、例えば、可動壁炉と呼ばれる片側の壁が可動式の特殊な試験乾留炉等を用いて、予め、所定の配合炭の乾留時の膨張圧を測定したり、本発明者らが特開平１１−３０２６６１号公報で提案したように、配合炭を構成する各銘柄石炭別に、予め試験乾留炉によって膨張圧を測定し、配合炭に対する予め測定した各銘柄石炭単味の膨張圧の相加平均値をもとに配合炭の膨張圧を推定し、配合炭の膨張圧が炉壁の損傷が起きない許容限界圧以下になるように原料炭の配合銘柄及び配合割合を調整していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平５−２５５６７０号公報で開示されている配合炭別に予め試験炉で膨張圧を測定しその管理をする方法は、コークスの品質調整のために急に原料炭の配合変更が生じた場合や、原料炭調達や原料炭の搬送設備に突然のトラブルがあり、原料炭の配合を急に変更せざるをえない場合に迅速な対応ができない。また、上記のような急な原料炭の配合変更時に迅速に対応するために、想定される全ての原料炭の配合組合せについて、予め、試験炉で膨張圧を測定し、膨張圧マップを作成することは、配合炭の種類が多数にあることから、多大な労力と時間を要することとなり、実用的ではない。
【０００５】
また、上記の本発明者らが特開平１１−３０２６６１号公報で提案した予め試験炉で測定した各銘柄石炭の膨張圧の配合炭に対する相加平均値をもとに配合炭の膨張圧を推定し、その膨張圧を原料炭の配合調整で制御する方法については、上記の特開平５−２５５６７０号公報で開示の方法に比べると、原料炭の配合変更時にも迅速な対応が可能であり非常に有効な方法ではあるものの、コークス強度等のコークス品質を維持するために配合に制約を受けるという問題点があった。
すなわち、一般的に膨張圧が高い石炭は低揮発分でイナート含有量の少い粘結炭であるが、これらの石炭はコークス強度を維持するのに重要な石炭でもあるため、場合によっては、コークス強度を維持しながらこれらの石炭の配合割合を制約することが困難な場合が生じるのである。
【０００６】
本発明は、従来の配合炭を構成する各銘柄石炭の膨張圧の相加平均値から配合炭の膨張圧を推定する際に、膨張圧の低い単味炭の配合割合を増やす代わりに、簡便な膨張圧の低減方法を用いることで膨張圧を低減し、膨張圧を安定的且つ確実に、コークス炉が損傷しない許容限界値以下に制御し、かつ一定強度以上のコークスを製造するためのコークス炉操業方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、
（１）複数銘柄の石炭を配合した配合炭を用いたコークス炉の操業方法において、前記配合炭を構成するそれぞれの銘柄の石炭の最大膨張圧の重み付き平均値（Σpi xi ）、非微粘結炭の配合率（Ｘ）、および粘結炭のみの配合炭の全膨張率（ＴＤ）、粘結剤添加率（ｙ）から式（１）により配合炭膨張圧（Ｐｘ）を算出し、この算出配合炭膨張圧（Ｐｘ）を、あらかじめ定めたコークス炉の許容限界圧以下にするように、石炭の銘柄および配合割合を変えずに、粘結剤添加率（但し、０重量％を除く）を調整することを特徴とするコークス炉の操業方法。
Px ＝[a・Σpi xi -b・Σpi xi ・（X+c・X2
) ・{1+1/(d・TD+e)}+f］・(1-g・y)
・・・・・（１）
ただし
Px ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の推定膨張圧（ｋＰａ）
pi ：試験乾留炉によって測定した単味炭ｉの最大膨脹圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：配合炭を構成するそれぞれの単味炭ｉの最大膨張圧の重み付き平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD ：粘結炭のみの配合炭の粘結性パラメータである全膨張率（％）
y：対石炭あたりの粘結剤添加率（％）
a,b,c,d,e,f,g：試験乾留炉によって測定した配合炭の膨張圧を基に得られた定数
【０００８】
（２）粘結剤がヘキサンに可溶な成分を１０ｗｔ％以上含み、且つ炭素が８５ｗｔ％以上含有するものであ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）粘結剤がタールからなることを特徴とする上記（２）記載のコークス炉の操業方法。
にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、先に特開平１１−３０２６６１号公報で提案した膨張圧の低減方法を基に、従来の問題点であるコークス強度の低下をさせることなく、膨張圧を低減させる方法を鋭意検討した結果、コークス炉に装入する配合炭に粘結剤を添加することが有効であることを見出した。
石炭は、乾留過程において軟化溶融した後に再固化してコークスとなるが、膨張圧の発生要因は軟化溶融した石炭層内にトラップされた石炭の熱分解ガスの圧力である。軟化溶融した石炭層の粘度は非常に高いため、発生ガスは容易に抜けることはできず、内部にトラップされる。そのためガスの圧力が上昇し、この圧力がコークス層を介して、膨張圧としてコークス炉壁に作用する。
したがって、軟化溶融した石炭層内のガスの圧力を低下せしめれば、膨張圧を低減することができる。発明者らは、粘結剤を添加することにより、軟化溶融した石炭層内のガスの圧力が低下することを見出した。これは、粘結剤を添加することにより、軟化溶融した石炭層の粘度が低下するためと考えられる。
【００１０】
また本発明者は、粘結剤の添加量に比例して膨張圧が低下することを見出した。例えば、図１に粘結剤添加率と配合炭膨張圧の関係を示す。粘結剤がタールの場合、対石炭あたり１重量％添加すると膨張圧は１０％、３重量％添加では３０％低下した。また、本発明者は、ある一定値（効果飽和上限値）以上に添加率を上げても膨張圧低減効果は飽和することを見出した。
図１に示すように、粘結剤がタールの場合、添加率を５％以上に上げても膨張圧低減効果は変化しない。
【００１１】
本発明者は、先に特開平１１−３０２６６１号公報において、配合炭を構成するそれぞれの銘柄の石炭の最大膨張圧の相加平均値（Σpixi）、非微粘結炭の配合率（Ｘ）、および粘結炭のみの配合炭の全膨張率（ＴＤ）から下式（２）により配合炭膨張圧を算出し、この算出配合炭膨張圧を、あらかじめ定めたコークス炉の許容限界圧以下にするように、石炭の銘柄及び配合割合を調整する膨張圧の低減方法を提案した。
【００１２】
Px' ＝a・Σpi xi -b・Σpi xi ・（X+c・X2
) ・{1+1/(d・TD+e)}+f
・・・・・（２）
ただし
Px' ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の推定膨張圧（ｋＰａ）
pi ：試験乾留炉によって測定した単味炭ｉの最大膨脹圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：配合炭を構成するそれぞれの単味炭ｉの最大膨張圧の重み付き平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD ：粘結炭のみの配合炭の粘結性パラメータである全膨張率（％）
a,b,c,d,e,f：試験乾留炉によって測定した配合炭の膨張圧を基に得られた定数
【００１３】
しかしながら、上記の特開平１１−３０２６６１号公報においては、図２に示す非微粘結炭の配合割合と配合炭膨張圧との関係、非微粘結炭の配合割合とコークス強度の関係の通り、非微粘結炭の配合割合を増加することによって配合炭の膨張圧は低下するものの、コークス強度も低下して（特に非微粘結炭配合率が４０％以上で急激に低下）、高炉で使用するための必要強度が得られなくなるという問題があった。
本発明では、上記（２）式を基にして、さらに下記（１）式の関係に基づいて粘結剤を所定量添加することによりコークス強度の低下をさせることなく、許容限界圧以下にまで膨張圧を低減できるものである。
【００１４】
Px ＝Px'・(1-g・y)
＝[a・Σpi xi -b・Σpi xi ・（X+c・X2
) ・{1+1/(d・TD+e)}+f］・(1-g・y)
・・・・・（１）
ただし
Px ：非微粘結炭をＸ％含む配合炭の推定膨張圧（ｋＰａ）
pi ：試験乾留炉によって測定した単味炭ｉの最大膨脹圧（ｋＰａ）
xi ：単味炭ｉの配合割合（−）
Σpi xi ：配合炭を構成するそれぞれの単味炭ｉの最大膨張圧の重み付き平均値（ｋＰａ）
X：非微粘結炭の配合割合（％）
TD ：粘結炭のみの配合炭の粘結性パラメータである全膨張率（％）
y：対石炭あたりの粘結剤添加率（％）
a,b,c,d,e,f,g：試験乾留炉によって測定した配合炭の膨張圧を基に得られた定数
【００１５】
つまり、本発明では、配合炭を構成するそれぞれの銘柄の石炭の最大膨張圧の相加平均値（Σpixi）、非微粘結炭の配合率（Ｘ）、および粘結炭のみの配合炭の全膨張率（ＴＤ）、粘結剤添加率（ｙ）から上記の（１）式により配合炭膨張圧を算出し、この算出配合炭膨張圧を、あらかじめ定めたコークス炉の許容限界圧以下にするように、石炭の銘柄、配合割合および粘結剤添加率を調整すればよい。
粘結剤としては、ヘキサンに可溶な成分を１０ｗｔ％以上含み、炭素含有率が８５ｗｔ％以上の粘結剤を用いればよい。またこのような粘結剤としては、例えばタール等がある。
【００１６】
図３は、粘結剤としてタールを３％添加した場合の非微粘結炭の配合割合と配合炭膨張圧との関係、非微粘結炭の配合割合とコークス強度の関係を比較した図である。図より、本発明により粘結剤を添加することにより非微粘結炭配合率が７０％までコークスの必要強度を維持しつつ膨張圧を低減できることが判る。
本発明において、配合炭の非微粘結炭の配合割合は、コークスの必要強度及び必要膨張圧によって（１）によって調整されるが、通常知られているコークス押し出し性が良好な膨張圧（許容限界膨張圧）：１０ｋＰａ以下で、コークス強度（ドラム強度指数）８３以上のコークスを得るためには、配合炭の非微粘結炭の配合割合を７０％以下とすることが好ましい。配合炭の非微粘結炭の配合割合が７０％を越えると、膨張圧は低下して良好なコークス押し出し性は得られるが、高炉で使用する際に必要とするコークス強度が得られないためである。
【００１７】
【実施例】
表１の比較例１は、Ａ炭〜Ｇ炭によって構成される配合炭の推定膨張圧Pxが、コークス炉の許容限界膨張圧（１０ｋＰａ）により近い配合の例である。
ここで推定膨張圧の計算には、（１）式を用い、（１）式における係数は、以下の値を用いた。
a'＝0.795064, b'＝0.004087, c'＝−0.0040476,
d'＝0.00986,  e'＝−0.2112, f'＝−5.9394,  g＝0.1
【００１８】
【表１】
0004167374.tif 000002
【００１９】
比較例１においては配合炭の膨張圧推定値は８．１ｋＰａであった。そして、この配合炭をコークス炉で乾留した後、押出し機で押し出した際の押出し負荷ピーク電流は２８５Ａで、押出し負荷ピーク電流値の許容上限値３００Ａ以下ではあるが、安定操業を行っている場合と比較して大きく、炭化室の炉壁に大きな負荷がかかっていることが推定される。コークス強度はＪＩＳ  Ｋ２１５１に記載のドラム強度試験法により測定されるドラム強度指数で８４．５であり、十分な強度を有していた。
【００２０】
比較例２は、配合炭の推定膨張圧Pxが、コークス炉の許容限界膨張圧（１０ｋＰａ）よりも充分下回るように、比較例１の配合炭中の最大膨張圧の高いＡ炭を低下させ、最大膨張圧の低いＧ炭を増加するような配合調整した例である。
比較例２の配合炭の膨張圧推定値は３．６ｋＰａとなり、比較例１に比べて低くなり、この配合炭をコークス炉で乾留した後、押出し機で押し出した際の押出し負荷ピーク電流も２５０Ａとなり、押出し負荷ピーク電流値の許容上限値３００Ａ以下であり、安定操業であった。しかしながら、ドラム強度指数は８３．５と低くなり、結果的に比較例１に比べて膨張圧は低減できたものの、強度は著しく低下した。
【００２１】
発明例は、比較例２のように配合炭中の石炭の配合を変えずに比較例１と同じ配合で、粘結剤としてタールを５重量％添加した場合である。この配合炭をコークス炉で乾留した後、押出し機で押し出した際の押出し負荷ピーク電流は２４５Ａで、押出し負荷ピーク電流値の許容上限値３００Ａよりも非常に低くなり、安定操業ができた。また、ドラム強度指数も８４．８であり、十分な強度を有するコークスであった。
以上の実施例から、本発明により、コークスの必要強度を維持し、かつ膨張圧を低減してコークス押し出し性を良好にすることが可能であることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、簡便な方法でコークス強度を維持ながら膨張圧を目標値以下に低減でき、コークス炉壁に損傷を与えることなく安定したコークス炉操業を継続することができる。これにより、コークス炉の補修費用が低減されるとともに、押詰りなどによる生産トラブルが回避でき、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】粘結剤添加率と配合炭膨張圧の関係を示す図である。
【図２】非微粘結炭の配合率と配合炭膨張圧、コークス強度の関係を示す図である。
【図３】本発明の粘結剤としてタールを３％添加した場合における、非微粘結炭の配合率と配合炭膨張圧、コークス強度の関係を示す図である。
【図１】
0004167374.tif 000003
【図２】
0004167374.tif 000004
【図３】
0004167374.tif 000005