JFE 技報 No. 22（2008 年 11 月）p. 6–10

西日本製鉄所（福山地区）第 5 コークス炉 D 団の建設と操業
Construction and Operationof Batter y D, No. 5 Coke Oven at West Japan Works (Fukuyama)
KATO Hajime

JFE スチール 西日本製鉄所（福山地区） 製銑部コークス工場

山本 雅章

YAMAMOTO Masaaki

JFE スチール

永岡 恒夫

NAGAOKA Tsuneo

JFE スチール 東日本製鉄所（京浜地区） 設備部設備技術室

加藤元

技術企画部主任部員（課長）主任部員（副部長）

要旨JFE スチールでは西日本製鉄所（福山地区）に第 5 コークス炉 D 団を 22 ヶ月間の工期で建設し，2006 年 3 月20 日に稼働させた。建設炉の主な特長は既存設備最大活用による工事規模抑制，将来の劣化抑止を目的とした煉瓦拘束（炉締め）構造改善，環境負荷低減を目的とした低 NOx 燃焼構造の採用である。機械・築炉工事，炉体乾燥および初装炭作業ともに順調に推移し，稼働後の性能確認については NOx 排出濃度 170 ppm 以下を達成しており，高操業度下の生産も安定している。

Abstract:
Battery D, No. 5 Coke Oven has been constructed successflly at West Japan Works (Fukuyama) in JFE Steel andstarted its operation on March 20, 2006. A term of construction work was 22 months. The features are as follows.
Efficient use of existing machines and conveyers; Introduction of bracing system for oven life extension; and Low
NOx emission technology taking environment into account. Machinery and brick works had been completed onschedule. Heating up and first charge were conducted smoothly. Less than 170 ppm of NOx emission and highworking ratio were achieved at the test run.

（2） 環境負荷低減：排出 NOx 抑制として低 NOx バーナー

1. はじめにの採用（3） 炉寿命の延長：炉締機構を改善し，炉締力を確保する

JFE スチール西日本製鉄所（福山地区）にはコークス炉ことによる炉壁煉瓦の劣化を抑止

が 8 炉団あるが，稼働後 30 年以上経過し老朽化が進んで2.2おり，それにともなう操業度低下による生産量減少への対設備配置と操業形態

2.2.1 設備配置

応として第 5 コークス炉 D 団（コークス生産量＝約 40 万トン/年）を建設した。今回の建設は JFE スチールとして

図 1 に第 5 コークス炉の設備配置を示す。

は 26 年ぶりである。

既設の第 5 コークス炉 A，B，C 炉団の延長上に D 炉団

2004 年 5 月に着工し，2005 年 12 月 14 日に火入れ，そを配置することで，移動機などの既設設備を最大限に活用の後 96 日目に初装炭を順調に実施した。以下に設備概要，できた。炉本体以外の工事は既設設備の部分整備程度とし耐火物乾燥実績および立ち上げ操業状況について報告すた。また，今回は移動機，CDQ( コークス乾式消火設備 )る。の増設は不要とした。
2.2.2 操業形態

2. 建設概要
2.1

増設の概要

今回の増設は以下のコンセプトに基づいている。
（1） 既存設備の最大活用による工事規模抑制

D 団稼働前後の操業形態（クルー）について図 2 に示す。
コークス工場では 1 つの操業クルーごとに石炭の装入，コークスの窯出し，コークスの消火・搬送を行っている。
従来システムでは，炉団単位（A, B, C 炉団）で考えた場合，湿式もしくは乾式どちらかでの操業しか行えなかった。D団稼働後は 5CDQ 設備を最大限活用するために，同一炉団

2008 年 7 月 7 日受付

で湿式 / 乾式併用による操業を実現可能なように操業シス− 6 −西日本製鉄所（福山地区）第 5 コークス炉 D 団の建設と操業

New construction
ModifyExisting

2004

Stack

Existing

Stack
Coal conveyer

5A

Existing

Foundation·Bricks: New

Pusher machine

5B

5C

2005

2006

Jan.
Feb.
Mar.
Apr.
May
June
July
Aug.
Sept.
Oct.
Nov.
Dec.
Jan.
Feb.
Mar.
Apr.
May
June
July
Aug.
Sept.
Oct.
Nov.
Dec.
Jan.
Feb.
Mar.
Apr.
May
June

Dryer: Bypass line modify

5D

Basicengineering
Detailengineering
Refractory
manufacture
Foundation
work
Buckstay·
Temporary shed
Brick work

Guide-car
Ironware work
Heating up

Quenching car

First chargeCoke conveyer

CDQ (coke dry quenching)

Existing

図3Existing
図1Fig. 1

Fig. 3

第 5 コークス炉設備配置

建設工程実績

Construction schedule

Layout of No. 5 Coke Oven Battery
2005(Cross section drawing)

Arrangement
No. 5A

No. 5BNo. 5CJan.

Feb. Mar. Apr.

May

June

July

Aug.

Sept.

Oven top
No. 5DRemarks

CDQ
CWQ

CWQ

FormerWet or Dry
Wet or Dry

2 crew

Wet or Dry

Wet
Current

1 crew

Wet or Dry

2 crew·Wet·Wet/Dry combination

Wet or Dry·Wet/Dry combination
Wet: Wet quenching

Heatingwall

Only
Wet or Dry
Wet/DryCombination
systemCourbelRegenerator

2 crew

CDQ ability
1 crew maximum use

Sole flue

Dry: Dry quenching
図 2 操業形態
Fig. 2

図4Fig. 4Arrangement

築炉実績

Bricks installation schedule

・種類：約 1 000 種
・個数：300 万個強 煉瓦 1 個あたりの平均重量 5 kg

テムの対応を行った（対応後の真中矢印の操業を参照）。

2.32.5

建設工程

設備紹介

2.5.1 燃焼室構造

建設工程を図 3 に示す。計画 26 ヶ月に対して，実 績22 ヶ月で 4 ヶ月の早期完工を達成できた。

表 1 に既設炉と D 団の燃焼室構造比較を示す。

基本設計は 2004 年 2 月から開始し，耐火物については既設炉のウィルプットオットータイプに対して，D 団で主に中国から調達・使用した。基礎工事は 2004 年 5 月か採用した UHDE - コンビフレームタイプはエアー 2 段燃焼・ら開始し，基礎工事終了後，バックステーおよび築炉雨養排ガス循環方式の燃焼構造となっており，本方式は商用炉生用の仮上屋据付工事を行い，築炉は 2005 年 1 月から開では国内初の導入となる。この構造により，燃焼時の NOx始した。築炉終了後，燃焼切替装置，炉締め金物などの機排出濃度は低減され，NOx 排出濃度の実績としては，既設械据付工事に入り，2005 年 12 月 14 日に乾燥を開始した。

炉 250 ppm に対して，170 ppm 以下を達成した。
2.5.2 炉締め構造

工期短縮を目的に乾燥期間中に既設炉団の操業で使用して表 2 に既設炉と D 団の炉締め構造比較を示す。

いる移動機の新設炉団での試運転走行を行った。完工後，2006 年 3 月 20 日に初装炭を行った。

2.4

炉体の熱膨張・収縮時もスプリング荷重により炉締め力を確保することを目的として表 2 の新方式を採用した。

築炉実績

鋳鉄製の保護板が炉壁煉瓦の PS/CS 両外面に配置され築炉実績を図 4 に示す。
（築炉実績：8.5 ヶ月間）ており，バックステー側の多数のスプリングで押えられたD 団における耐火物使用量は約 16 000 t で，昼夜での作スラストボルトにより加圧される。保護板に伝達された荷業を行った。煉瓦仕様は以下のとおりである。

重は常時フリュー / 炭化室間の炉壁煉瓦を加圧し，装炭･− 7 −JFE 技報 No. 22（2008 年 11 月）

西日本製鉄所（福山地区）第 5 コークス炉 D 団の建設と操業

表1
Table 1燃焼室構造比較

乾留･押出し時の荷重変化に追従し加熱煉瓦壁の安定と劣Comparison of the heating system

化抑止が期待できる。

Existing(No. 3, 4, 5A, B, C)

No. 5D

Wilputte-Otto

Unde-Combiflame

Oven type

3. 据付工事
3.1

Two airstages

Heatingsystem

築炉工事に先駆け，バックステーを据付た。

Circulation

築炉工事前に基礎上に PS/CS 両サイドのバックステーおGasAir

バックステー

よび中段作業床を据付て，煉瓦積み時の作業デッキとして利用するとともに，基準寸法の割出し，冶具の取付に利用· One air stage· Two air stages· Circulation heatingNOxemission

250 ppm

170 ppm

Remarks—

The first introduction
on commercial ovens
in Japan

した。
炉底配管据付などの機械工事は，2004 年 10 月中旬のバッ
クステー入荷後に準備工事を開始し，基礎工事の完了を待って 2004 年 11 月 1 日より据付工事を開始した。

3.2

炉枠，炉蓋，炉締め金物

炉体の築炉工事完了後，2005 年 10 月より炉体金物の据付工事を開始し，ロングタイロッド･クロスタイロッドを始
表2
Table 2炉締め構造比較

めとする炉締め金物の取付，炉枠・炉蓋の取付，耐火物昇Comparison of the bracing system

温・乾燥装置の取付完了後，燃焼切替装置・乾燥装置の試運転を実施し，2005 年 12 月 14 日に乾燥火入れを行った。

No. 5D(Controlpress system)
Buckstay

Existing (No.3, 4, 5A, B, C)
Buckstay

4. 乾燥・昇温

SpringProtection
plate

4.1
Bolt
Chamberframe

Protection
plate

乾燥・昇温実績1)

乾燥実績（昇温曲線）を図 5 に示す 。
乾燥日数は 96 日間で，2005 年 12 月 14 日に火入れを行っ

Brickた。耐火物乾燥初期は仮設バーナーによる乾燥を行い，燃Chamber frame

Brick

焼室温度が 800℃以上になった時点でコークス炉の通常燃焼による乾燥へと切り替え，燃焼室底部温度が 1 100℃に

1 200

Temporary burner

1 100

Regular heatingOven top

First charge

1 000

Temperature (˚C)

900
Turningpoint

800
700

Chamber600

Flue

Temporary burner

500
400
Regenerator

300

Mar. 8Feb. 22

Feb. 80Jan. 25

Turning point
Jan. 11100
Dec. 28

BottomDec. 14200

Time (day)
図5Fig. 5
JFE 技報 No. 22（2008 年 11 月）

乾燥実績

Heating up results− 8 −Measurement part
Measurement part

Bottom: Before regular heating: After regular heating

西日本製鉄所（福山地区）第 5 コークス炉 D 団の建設と操業

150

Coke side

50

0500Expansion (mm)100

Pusher side

100Expansion(mm)

#1#2

#6#26

#31

Expansion (mm)#32 (Flue number)(Brick courses)
88(Brick courses)
8882

Fireclay

81Silica7353373715

Silica 1571008153

Fireclay

5082731401471 weeks later
3 weeks later
5 weeks later7 weeks later
図6Fig. 6

炉体膨張実績
Expansion results

到達した時点で，初装炭を実施した。

測定対象とし，乾燥中は継続して測定を実施した。

煉瓦積み作業および乾燥は仮上屋内で行い，風雨による4.4モルタルの流出を防止した。煉瓦積み工事が完了し，炉体耐火物膨張実績

乾燥中期に仮上屋を解体し，炉体周辺機器類の据付工事へ

膨張実績を図 6 に示す。

移行した。

全体的な耐火物膨張については，計画どおりであった。

4.2

膨張率が異なるケイ石 / シャモット煉瓦の境界となるスラ

仮設バーナーによる乾燥方法

イドジョイント部については，下部の締め付け力と上部の炉体煉瓦・モルタル中の水分の乾燥と，燃焼室で燃料ガ膨張量ともに問題なく，操業開始後も特に支障はなかった。

スが自然着火可能な温度までの昇温を仮設バーナーで行っ5. 立上げ操業た。
従来の乾燥方法は，炉蓋乾燥口に燃料ガス枝管を各炭化5.1

室毎に挿入し，空気は枝管と炉蓋乾燥口の隙間から取り込

初装炭んでいたが，今回は各炭化室炉蓋乾燥口にブロワタイプ

新設コークス炉初装炭作業は，JFE スチールにおいては，バーナーを挿入し，C ガス燃焼排ガスで炉体乾燥昇温を実26 年ぶりの作業となった。そのため，作業経験者が少なく，施した。バーナーごとに自動制御盤があるため，必要なガ作業計画作成・教育・訓練に十分な配慮を行い，特にトラス量，空気量の調整が容易であり，失火時の早期対応とドブルもなく順調に作業が実施できた。

レン発生抑制などができたことで，計画どおりに乾燥を完また，初窯出も順調であった。

了した。

初装炭作業における最重点課題は，配管系への空気侵入

4.3による異常燃焼の防止である。初装炭は，あらかじめス乾燥中作業タートアップ用 COG（coke oven gas）を循環させた吸気

4.3.1 乾燥準備

管内に，発生 COG を併入させる装入方法をとった。

乾燥に先立って炉体周囲に膨張測定の基準点としてピア次に，図 7 に初装炭作業の概要を示す。5 コークス炉 Dノ線を張り，膨張前の炉体の冷間寸法測定とスプリングの団には，2 基のドライメーン（D1，D2）と 2 本の吸気管を初期設定を行った。

有するが，まず，化工工場から遠い，D2 側へガス流れを同時に，燃焼切替装置の試運転を乾燥開始に先立って実施した。

形成させ，その後，D1 側へも流れを形成するように装炭を実施した。

4.3.2 乾燥作業時の耐火物温度・膨張量測定

初 装 炭 作 業 要 員 は，
（1） ガ ス 設 備，
（2） 燃 焼 管 理，

温度測定点はフリュー，炭化室，蓄熱室，煙道等で 300点程度，膨張測定は炉団，炉高，炉頂方向で 200 点程度を（3）運転の 3 グループに分け，それぞれ，10〜15 名を配置し，作業にあたった。

− 9 −

JFE 技報 No. 22（2008 年 11 月）

西日本製鉄所（福山地区）第 5 コークス炉 D 団の建設と操業

No. 5D Battery (55 Chambers)

Dry main (D2)Start-up cokeoven gas

Dry main (D1)

No. 5C
Battery

Initial coke ovengas flow

By-product plant
Gas facilities group

Combustion control group· Value manipulation· Gauge monitoring· Gas valve manipulation· Temperature measurement· Combustion condition check
図7Fig. 7Operation group· Coal charging

初装炭作業の概要

Summary of the first charge

Working rate(%)

1606. おわりに1208040（1） JFE スチールとしては 26 年ぶりとなるコークス炉建設

Temperature(˚C)

0を 22 ヶ月間（予定より 4 ヶ月短縮）の短工期で完工し1 300た。

1 200
1 100（2） 築炉作業，耐火物乾燥および初装炭ともに，作業経験1 000

者の少ない中，綿密に計画を行い順調に実施できた。

図8May 29May 19

May 9

Apr. 29

Apr. 19

Apr. 9Mar. 30

Mar. 20900操業度の生産を達成している。

立ち上げ操業推移（稼働率・炉温）

Fig. 8 Working rate and flue temperature

5.2（3） 性能確認については NOx 排出濃度 170 ppm 以下，高参考文献
1） 加藤元ほか．CAMP-ISIJ．2006，vol. 19，p. 748．

立ち上げ操業＊図 8 に立ち上げ操業推移（稼働率 ，炉温）を示す。稼働率は，初装炭以降，約 2 ヶ月間かけて 140％まで上昇させた。
立ち上げ操業以降も大きなトラブルはなく，順調に推移している。
* 稼働率（%） 装入窯数（窯 / 日） 設備窯数（窯） 100

JFE 技報 No. 22（2008 年 11 月）

加藤− 10 −元山本雅章

永岡 恒夫