| 【発明の名称】 |
コークス炉の炉底構造、ラムシュー及びこれらを有するコークス炉、並びにコークス炉の操業方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】中川 朝之
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| 【要約】 |
【課題】膨張圧の管理状態や炉壁面の平滑度が悪化した場合においても、コークスの押出し負荷を効果的に低減する。
【解決手段】炭化室炉底の一部又は全部の断面形状が,炉幅方向の水平面よりも下に窪んでいることを特徴とするコークス炉の炉底構造であり、炭化室炉底の炉幅方向断面形状と一致した形状を有することを特徴とする押出し機ラムシューであり、それらを用いたコークス炉の操業方法を提供する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 コークス炉の炭化室炉底が、コークスケーキの押出し方向に水平に直交する炉幅方向の一部又は全部において下方に窪んでいることを特徴とするコークス炉の炉底構造。 【請求項2】 コークス炉の炭化室炉底が、コークスケーキの押出し方向に水平に直交する炉幅方向の一部又は全部において炉幅両側からの傾斜面により下方に窪んで設けられていることを特徴とするコークス炉の炉底構造。 【請求項3】 前記炭化室炉底の最下点が、炉幅方向の実質的に中央に位置し、炭化室炉底が該最下点を中心として炉幅方向に関し対称形をなすことを特徴とする請求項1又は2に記載のコークス炉の炉底構造。 【請求項4】 コークスケーキをコークス炉から押し出す押出し機が、コークスケーキに係合するラムヘッドを支えながら炭化室炉底上を摺動するラムシューを備え、このラムシューの炉底上を摺動する下面が、炉幅方向に関し前記請求項1乃至3のいずれかに記載した下方に窪んだ炉底面と一致した形状をなすことを特徴とするコークス炉の押出し機ラムシュー。 【請求項5】 前記請求項1乃至3のいずれかに記載の炉底構造と、前記請求項4に記載のラムシューを有する押出し機とを備えたことを特徴とするコークス炉。 【請求項6】 請求項5に記載のコークス炉において、製造したコークスケーキを請求項4に記載のラムシューを有する押出し機により押出すことを特徴とするコークス炉の操業方法。
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【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において、石炭を乾留して得られたコークスを炭化室から押出す際の負荷を低減することができるコークス炉の炉底構造、押出し機のラムシュー及びこれらを有するコークス炉、並びに該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に石炭を装入してコークスを製造するプロセスでは、所定の時間が経過して石炭がコークスとなった時点で炭化室からコークスを排出する。 【0003】コークスの押出しは、通常、押出し機に搭載された押出しラムという装置を用いて、コークスを押出し機側(PS)からコークガイド車側(CS)に向かってコークスを移動させることによって行う。すなわち、図7において示すように、押出しラム11の先端部に取り付けられたラムヘッド12を赤熱したコークスケーキ4に押し付けて押圧することで移動させる。この時の移動距離は、一例を挙げれば15m程度である。 【0004】そして、上記のラムヘッド12は、押出しラム11という金属製の水平ビーム状の支柱で支持されているが、このビーム状の押出しラム11によるラムヘッド12の支持は片持ちであるため、該ラムヘッド12がCSに近づくにつれてビーム先端部が下方に垂れ下がり、ラムヘッド12の下端部が炭化室炉底2に接触して炉底面を損傷する可能性がある。 【0005】そこでこれを防止するために、ラムヘッド12に近い箇所において、炉底面上を摺動するラムシュー19を押出しラム11に組付け支えるようにしている。符号18はラムシュー19を押出しラム11に組付けるための取り付け支柱である。 【0006】上記の押出し機を用いて行うコークスの押出しに際しては、コークス炉の操業を円滑に行うために、通常は押出しに必要な推力を電流値(押出し電流値)で管理している。この押出しに要する電流(押出し電流)が低いことが望ましく、またコークスが炉長方向(炉の垂直方向)に圧縮されたことにより生ずる炉幅方向に発生する分力(押出し側圧)は小さいことが望ましい。 【0007】ところで、近年では、生産性や品質の向上、及び乾留消費熱量の低減を目的として装入炭水分が低減され、1炭化室当たりの石炭装入量が増加している。また、非微粘結炭使用割合の増加によるコークス焼減り(ある温度以上でのコークスの収縮)量の減少等によりコークスの押出し電流が上昇する傾向にある。最悪の場合には、コークスの押し詰まり(コークス押出しの途中、もしくは最初からコークスが移動しない状態)が発生し、コークス炉の安定操業を阻害する。また、押出し電流が高い場合には、押出し側圧も上昇していると考えられ、炭化室炉壁の損傷原因となり生産設備であるコークス炉の寿命に悪影響を与えることが懸念される。 【0008】上記のようなコークスの押出し負荷(押出し電流、押出し側圧)を低減させる方法としては、膨張圧(石炭の軟化溶融層内に発生するガス圧)を一定値以下になるように管理する方法が提案されている。これには、例えば特開平4−132791号公報や特開平6−212164号公報に述べられている石炭の配合による方法や、特開平4−275388号公報に述べられている装入炭の充填層内にパイプを挿入して発生ガスの一部を炉外へ排気する方法がある。この方法では、当該窯の膨張圧によって炉壁が隣り窯方向へ変位する量を少なくして、コークスが焼減りした際の炉壁−コークス間の空隙を確保することを狙いとしている。また、特開平10−330758号公報に述べられているように、コークス押出し時の抵抗には炉壁とコークス間の摩擦抵抗が影響していることに着目し、炉壁の煉瓦表面にガラス状薄膜を形成して平滑化することにより、当該箇所の摩擦抵抗を低下させる方法も提案されている。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】膨張圧を一定値以下に管理する方法は、炉壁−コークス間の空隙をある程度確保できることから有効であり、また、膨張圧による炉壁損傷を抑制する観点からも重要な技術であり、コークス炉の操業管理指標として利用されている。しかしながら、高炉で使用するためのコークスの品質を確保することが必須条件であり、且つ、粘結炭に比べてコークス化特性に劣る非微粘結炭の使用割合が増加している昨今の石炭事情の下では、膨張圧を所定の値以下にするように石炭を配合することは非常に高度な技術を必要とする。また、炉壁表面にガラス状の薄膜を形成させる技術は、実際に炉壁面が平滑になることから、コークスとの摩擦抵抗が小さくなるばかりでなく、カーボン付着抑制効果による押出し抵抗低減効果も期待できるが、しかしながら、塗布する薬剤や装置に少なからぬ投資が必要であり、また、薬剤が強アルカリ性であることによる塗布作業上の安全性や、煉瓦強度に対するアルカリ元素の影響が懸念される。 【0010】本発明は、膨張圧の管理状態や炉壁面の平滑度が悪化した場合においても、コークスの押出し負荷を効果的に低減する方法を提供することを目的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問題点を解決するために種々検討した結果、コークス炉の押出し抵抗は炉底に近接した炉壁面とコークス塊表面の接触状態(コークス−炉壁間の空隙量)の影響が大きく、炭化室の炉幅方向中央部にできるコークスの隙間量が小さいほどコークス−炉壁間の空隙量が大きくなり、その結果、コークス押出し時の炉壁側圧が低下することを見出し、その知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明のコークス炉の炉底構造の発明は。 (1)コークス炉の炭化室炉底が、コークスケーキの押出し方向に水平に直交する炉幅方向の一部又は全部において下方に窪んでいること、(2)上記炭化室炉底が、コークスケーキの押出し方向に水平に直交する炉幅方向の一部又は全部において炉幅両側からの傾斜面により下方に窪んで設けられていること、(3)上記炭化室炉底の最下点が、炉幅方向の実質的に中央に位置し、炭化室炉底が該最下点を中心として炉幅方向に関し対称形をなすこと、を特徴とするものである。これらの下方に窪んだ炉底構造は、コークスケーキの押出し方向に連続するものであることは当然である。なお、傾斜面は平面であっても曲面であってもよい。 【0012】そして、このような炉底構造を有するコークス炉に用いられるコークス炉の押出し機ラムシューの発明は、(4)コークスケーキをコークス炉から押し出す押出し機が、コークスケーキに係合するラムヘッドを支えながら炭化室炉底上を摺動するラムシューを備え、このラムシューの炉底上を摺動する下面が、炉幅方向に関し上記(1)〜(3)のいずれかの発明における下方に窪んだ炉底面と(接触範囲において)一致した形状をなすことを特徴とする。 【0013】また、これらの炉底構造及び押出し機のラムシューを有するコークス炉は、(5)上記(1)〜(3)のいずれかの炉底構造と、上記(4)のラムシューを有する押出し機とを備えたことを特徴とし、このコークス炉の操業方法は、(6)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のコークス炉において、請求項4記載の押出し機によりコークスを押出すことを特徴とする、ものである。 【0014】石炭をコークス炉の炭化室に装入すると、両炉壁側から炉幅方向の中央部(以下、炭中中心)に向かって乾留が進行し、炭中中心の石炭が最後にコークスとなる。石炭は例えば400℃で軟化溶融して流動状態となり、さらに温度が上昇すると、例えば500℃で再び固体状態となる(セミコークス)。この時点で石炭からコークスへの転換は一応終了するが、使用目的に合ったコークスの品質(例えば、機械的強度、粒径)を確保するために、炭化室内にてさらに加熱して炭中中心の温度を例えば800℃以上とする。この過程において、例えば文献(D.W.Van Krevelen著、COAL、elsevier Scientific Publishing Company社、1981年発行、276頁、及び301頁)に述べられているように、石炭やコークスは膨張と収縮を繰り返す。特に、石炭再固化後の昇温過程でセミコークスからコークスになる段階ではコークスが収縮する。このため、図1に示すように、ある程度乾留が進行した段階において、炉壁表面3とコークスケーキ4を構成するコークス塊の表面5との間に空隙6が形成される。さらに乾留が進行して炭中中心部の石炭がコークスになる段階では、同様の理由により該部分にも空隙8が形成される。コークス塊表面と炉壁面の空隙量7、及び、炭中中心の空隙量9は、一般に装入した石炭の膨張圧(石炭の軟化溶融層のガス圧)や石炭の装入密度、炉壁面の温度、装入からの経過時間、炭化室の幅などによって決まる。 【0015】乾留が終了してコークスを炭化室から排出する際には、通常、上述した押出し機が用いられ、コークス炉の操業を円滑に行うに当たっては、このコークスの排出(押出し)がスムーズに行われる必要があり、通常は、押出しに必要な推力を電流値(押出し電流値)で管理される。そしてコークス押出し時の抵抗が小さいほど押出し電流が低いので望ましい。 【0016】ここで、押出し電流値が増大する要因の例を挙げると、■コークス塊表面と炉壁面の空隙量7が小さい、■炉壁3や炉底2の平滑度の低下(煉瓦の損傷、カーボン付着等を含む)、■コークスケーキ4中に未乾留部位が存在する、■コークスケーキの盛り上がりによる炭化室天井つかえ、等が挙げられる。 【0017】押出し電流値が高くなることは、電力を多量に消費する点で好ましくないばかりではなく、例えば、文献(材料とプロセス、Vol.10、No.1、155頁、1997年)で報告されているように、炉壁面に掛かる圧力(押出し側圧)も増大する。この力がある限界値を越えると炉壁に損傷(煉瓦の破損、穿孔など)を与え、最悪の場合には炉壁倒壊につながる。そこまでに至らなくとも、炉壁に対して過大な力を与えることは、炭化室の寿命、従ってコークス炉全体の寿命を縮める可能性があり、絶対に避けなければならない。 【0018】前述したように、炭化室からコークスを排出する際の押出し抵抗に影響する要因は幾つかあるが、本発明者らはコークス塊表面と炉壁面の空隙量7が押出し抵抗と押出し側圧に大きな影響を与えていることに着目して鋭意検討を行った。すなわち、コークス塊表面と炉壁面の空隙6、コークスケーキ中央部の空隙8は、コークスがある温度以上で収縮する際に形成される。また、石炭の乾留は炉壁側から炭中中心方向に向かって進行するために、該空隙6が先に形成され、コークスケーキ中央部の空隙8は後で形成される。両空隙が形成された後も温度上昇にともなってコークスケーキの収縮は継続する。その場合は炉幅方向に二分割されたコークスケーキの各々において、炉幅方向のある部分(収縮中心)を中心として収縮が進行する。例えば文献(1998ICSTI/Ironmakingconference proceedings、1155〜1159頁)に述べられているように、コークス押出し時点での炉幅方向のコークス収縮(水平焼減り)量が小さいと、該空隙量7が少ないために押出し負荷が増大する。また、前述の文献(材料とプロセス、Vol.10、No.1、155頁、1997年)によれば、炉底部に近いほど押出し側圧が増大する。これは、炉底部では石炭装入密度が高く、コークスの水平焼減り量が少なくなり該空隙量7が減少すること、あるいは、コークスケーキの自重による側圧への転化量が下部ほど大きいこと等による。これらの事実は、炉底部近傍において該空隙量7を充分確保すればコークス塊表面と炉壁面との摩擦抵抗を低下させ、さらには押出し側圧を低下できる可能性があり、本発明者等はこれらのことに着眼して上記した本発明をなすに至ったのである。 【0019】コークス塊表面と炉壁面の空隙6を充分に確保するためには、炭化室に装入する石炭の性状やコークス炉の操業条件を最適化する必要があるが、上述したようにこれらについては様々な制約条件がある。そこで、これらの制約の影響を受けることなしに、炉壁部の空隙6、特に押出し負荷に大きく影響する炉底部近傍の該空隙量7を確保できる方法について本発明者等はさらに検討した。 【0020】その結果、通常は図1の(a)に示されるごとく平面である炉底形状を、例えば同図の(b)に示すごとく中央部を窪んだ形状とすることで、コークスケーキが収縮する際の炉壁面方向への移動を抑制し、水平な炉底でコークスを製造した場合よりも該空隙量7を大きくできることを見出した。 【0021】すなわち、炉底面が水平である場合にはコークスケーキの収縮に対する抵抗は、炉底面とコークスとの摩擦力のみであるが、炉底面に上記窪みを付与することにより、該摩擦力の他に例えば該窪み面の傾斜に沿って重力の分力を作用させれば、特に炭中中心部から炉壁方向へコークスが収縮する際のコークスケーキの炉壁方向への移動を抑制できることに着眼したのである。なおその際、コークスケーキの炉幅方向収縮量は全体で変化しないから、図1の(b)に示すごとく、炉底近傍ではコークスケーキ中央部の空隙量9は小さくなり、コークス塊表面と炉壁面の空隙量7が大きくなると考えられる。 【0022】 【発明の実施の形態】この考えを実証するため、乾留試験装置と実コークス炉で行った試験結果を以下に説明する。 【0023】先ず、乾留試験装置を用いて、炉底部近傍のコークス塊表面と炉壁面の空隙、及びコークスを押した際の押出し側圧の評価を行った。 【0024】図2に乾留試験装置の水平断面を概略的に示した。本試験装置は、炉幅(図2の上下方向内寸法)450mm、炉長(図2の左右方向内寸法)900mm、高さ900mm(図2の紙面に垂直な方向)であり、石炭の約350kgを装入して乾留する。加熱面となる炉壁は、外力を加えても動かない固定壁14と外力がかかると動く構造になっている可動壁13から構成される。 【0025】コークスの押出し側圧を測定する際には、石炭を所定の時間乾留してコークス化した段階で、押出し機側の炉蓋(図示せず)のみ取り外し、押出し機10を作動させて押出しラム11先端部に取り付けたラムヘッド12をコークスケーキ4に押し付ける。次いで、押出し機10とラムビーム11間に取り付けたロードセル17で推力をモニターしながらコークスケーキ4を徐々に圧縮してゆく。コークスケーキ4に与えた力の大部分は該コークスケーキ4を介して押出し機側とは反対側の炉蓋15に到達するが、その一部は押出し側圧として両炉壁に負荷される。この押出し側圧を可動壁13に取り付けたロードセル16で測定する。本乾留試験装置を用いて、炉底の形状とコークス塊表面と炉壁面の空隙量7、及び押出し側圧の関係について調査した結果を以下に説明する。 【0026】乾留試験装置による試験条件を表1に示す。表1中の記載において、炉底形状の(A)〜(D)の英文字は、各々図3に記載した炉底形状と対応しており、(A)は階段状、(B)は球面状、(C)は三角形、(D)はカモの口状である。何れの場合も、炉底形状は炉幅方向中心に関して対称形を成している。 【0027】 【表1】
【0028】表1中のWは炭化室の幅であり、a、b、cは図3中に記載した乾留試験炉の炉底部の形状を特徴付ける寸法を示している。炉底形状(A)のケース1は従来例であり、同ケース2及び3は比較例である。 【0029】各炉底形状に対して測定した結果を、コークスと炉壁の空隙長さ、及びランキン係数として表1中に併記した。 【0030】ここで、コークスと炉壁の空隙長さは、炉壁面と炉底が交差する点を起点として、炉壁に沿って炉の高さ方向100mmの位置において炭化室の両側で測定して得られた値の合算値である。ランキン係数は上述の文献(1998ICSTI/Ironmakingconference proceedings、1155〜1159頁)で述べられているように、押出し機10でコークスを押した力が炉壁を押す力に転換する割合と定義し、具体的にはロードセル16の指示値とロードセル17の指示値の比で求めた。ランキン係数が小さいほどコークス押出し時の押出し側圧が小さく、好ましいことを意味する。表1に示したように、コークスと炉壁の空隙長さとランキン係数は、炉底形状によって変化していることがわかる。 【0031】図4にコークスと炉壁の空隙長さとランキン係数の関係を示す。図示した結果より、該空隙長さが大きいほどランキン係数が小さくなっていることがわかる。また、階段状の炉底形状はランキン係数低下には効果が無いのに対して、球面状や三角形状、カモの口形状に炉底に窪みを設けた場合ではランキン係数が低下することがわかる。特に三角形状やカモの口形状は有効である。 【0032】本発明による炉底形状を比較例と共に図3に例示したが、炉底面の一部、又は全部が炉幅方向水平面よりも下に窪んでいる炉底形状として、炉底面の最下点に向かって水平と水平から垂直までの範囲で下方に傾斜した面、又は水平から垂直までの範囲で下方に傾斜した面のみから構成される炉底形状としては、これらに限定されるものではなく、炉底面に窪みを付与することにより炉底面とコークス間に作用する摩擦力の他に、窪み面の傾斜に沿って炉幅方向中心部に向かって重力の分力が作用し、炭中中心部から炉壁方向へコークスが収縮する際のコークスケーキの炉壁方向への移動を抑制できれば、例示した前述の断面形状を組み合わせた形状でも良いことが理解されよう。なお、コークス押出し時の炉壁からの抵抗を小さくするためには、炭化室の両炉壁とコークスケーキ表面の隙間量を同程度とすることが好ましく、そのためには、該最下点は炉幅方向の中心部に位置することが望ましい。 【0033】以上の試験装置で得られた知見をベースとして、次に実際のコークス炉で調査を実施した結果について更に説明する。 【0034】上述したように、ランキン係数低下には炉底を三角形やカモの口形にするのが有効であるが、形状を複雑にすることはそれだけ加工が難かしくなり、コストアップにつながる。 【0035】そこで、本発明を実コークス炉に適用するに当たっては、表1に示した炉底形状(C)のケース3に示した形状を選択した。 【0036】試験に使用したコークス炉は、平均炉幅430mm、炭化室高さ6.0m、炉長約15m(何れも概略寸法)であり、任意に5窯を選択して実施した。試験は、先ず通常の炉底形状(平面)で一定期間行い、次いで途中から本発明によるところの三角形状に加工して行った。また、押出し機ラムシューの炉幅方向の断面形状は、図5に示した(C)に示すように、炉底面の形状に一致するように下に凸の三角形状とした。これは、押出し時にはコークスケーキが炉幅方向へ蛇行したり、どちらか一方に片寄ってしまうことが考えられ、その際には、特にコークスの荷重が大きく作用する炉底部近傍において炉壁面とコークスケーキ間の摩擦力が増大し、押出し抵抗や炉壁への負荷が増大する可能性があることを考慮したためである。 【0037】実コークス炉における試験結果を図6に示す。この図において、縦軸の値は選択した5窯において各1回のコークス押出しを終了した時点の最大押出し電流値の平均値であり、縦軸の値が小さいほど本発明の効果が大きいことを意味している。 【0038】本発明を適用する前の押出し電流の最大値は、押出し10回の平均値で259アンペアであった。これに対して本発明適用後に測定した同平均値は231アンペアであり、押出し抵抗が大きく低下しており、本発明方法の効果が得られていることがわかる。 【0039】なお、コークス押出し時に炉壁に掛かる圧力は、実コークス炉にて熱間で測定するとは極めて難しく、本試験でも実施しなかったが、上述の乾留試験装置の測定結果から、押出し電流値の低下により押出し側圧も低下したことが推定される。 【0040】本発明の効果を有効に発揮するためには、更に以下の構成を採用することが好ましい。すなわち、窪み状に加工した炉底面の途中に突起等があるとコークスケーキが炉幅方向中心部へ収縮するのを妨げることになるので好ましくない。従って、炭化室炉幅方向断面における窪みの形状は、炭化室の両側炉壁面の下端部から炉底面の最下点に向かい、水平と水平から下方に向かって垂直までの範囲内で傾斜した面で構成されること、あるいは、炭化室の両側炉壁面の下端部から炉底面の最下点に向かい、常に傾斜した面で構成されることでよい。 【0041】また、本発明に従って炉底面の形状に窪みを設ける際には、炉底面やラムシューの損傷、及びラムヘッドの傾き防止の観点から、図5に示したごとくラムシュー19の断面形状と炉底2の断面形状を一致させることがよい。これは、ラムシューの形状が従来の平面形状だと、図5(A)の場合を除いて、例えば、ラムシュー19の底面端部と炉底2が局部的に接触して、ラムシュー19や炉底2に過大な負荷を与えてしまうからである。また、図8(B)に示すように炉幅方向にラムヘッドが傾くことがあると、ラムヘッド上部が炉壁面と接触して、炉壁を痛めたり押出し抵抗を増加させる原因となるからである。 【0042】なお、上述の例では炉底面の断面形状を炉幅方向中心に対して対称形として述べたが、これは理想形状を述べたものであって、厳密に対称形であることを必須とするものではない。 【0043】 【発明の効果】本発明によれば、コークス炉の炉底に窪みを設けることにより炭化室で乾留したコークスの側面と炉幅方向両側の炉壁の間の空隙量を大きく与えることができて、製造したコークスを押出し機で排出する際の負荷を低減させ、コークス押出し時の押出し電流値を低下させることができる。 【0044】また、窪みを有する炉底構造の形状に合わせた押出しラムシューを用いることにより、炉壁に対する負荷の低減を図ると同時にコークス炉の安定した操業を確保することが可能となった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000006655 【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
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| 【出願日】 |
平成12年5月12日(2000.5.12) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100067541 【弁理士】 【氏名又は名称】岸田 正行 (外2名)
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| 【公開番号】 |
特開2001−323272(P2001−323272A) |
| 【公開日】 |
平成13年11月22日(2001.11.22) |
| 【出願番号】 |
特願2000−140281(P2000−140281) |
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