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【発明の名称】 コークスケーキ押し出し性の推定方法
【発明者】 【氏名】山本 哲也
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】板垣 省三
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】下山 泉
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】花岡 浩二
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】深田 喜代志
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】藤本 英和
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【要約】 【課題】コークスケーキの押し出し性を正確に推定することでコークス炉の操業安定化及び炉体長寿命化を実現する。

【解決手段】試験コークス炉の炉幅方向の透過放射線像を撮影し、この透過放射線像の炉幅方向の両端部を収縮の解析領域とし、これら収縮の解析領域の間の領域を亀裂の解析領域とする。収縮の解析領域では、試験コークス炉の炉壁内面からコークスケーキ4の側面との間に生じた空隙の面積から該空隙の炉幅方向の平均距離を算出することでコークスケーキの収縮量を求める。亀裂の解析領域では、亀裂の本数、単位面積当りの亀裂の面積、或いは亀裂の幅を算出することでコークスケーキの亀裂量を求める。これら収縮量及び亀裂量に基づいてコークスケーキの押し出し性を推定する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
乾留後のコークスケーキの押し出し性を試験コークス炉を用いて推定する方法であって、
試験コークス炉で乾留したコークスケーキの炉幅方向の収縮量と、該コークスケーキ内部に存在する亀裂量とを求め、これら収縮量及び亀裂量に基づいて前記コークスケーキの押し出し性を推定することを特徴とするコークスケーキ押し出し性の推定方法。
【請求項2】
前記試験コークス炉の炉幅方向の透過放射線像を撮影し、この透過放射線像の炉幅方向の両端部を収縮の解析領域とし、これら収縮の解析領域の間の領域を亀裂の解析領域とし、
前記収縮の解析領域では、前記試験コークス炉の炉壁内面から前記コークスケーキの側面との間に生じた空隙の面積から該空隙の炉幅方向の平均距離を算出することで前記コークスケーキの収縮量を求め、
前記亀裂の解析領域では、亀裂の本数、単位面積当りの亀裂の面積、或いは亀裂の幅を算出することで前記コークスケーキの亀裂量を求めることを特徴とする請求項1記載のコークスケーキ押し出し性の推定方法。
【請求項3】
先に撮影した前記透過放射線像に対して平行となるように、前記コークスケーキの厚み方向に複数の透過放射線像を撮影し、これら複数の透過放射線像のそれぞれに対して収縮量及び亀裂量を求め、求めた収縮量の平均値及び亀裂量の平均値に基づいて前記コークスケーキの押し出し性を推定することを特徴とする請求項2記載のコークスケーキ押し出し性の推定方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、コークスケーキの押し出し性の推定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
通常の室炉式コークス炉において、コークス炉炭化室内の石炭層は、炉壁レンガを加熱面として加熱されるため、炉壁面に近い部分の石炭から順次乾留されてコークスケーキを形成する。そして、乾留終了後には、コークスケーキ自体が炉幅方向(水平方向)に収縮しているため、炉壁とコークスケーキの間、およびコークスケーキ中心部に隙間が生じる。この隙間の存在により、生成したコークスを押出し機によりコークス炉から容易に排出することができる。
【0003】
ここで、コークスケーキの収縮量が不十分な場合には、コークスケーキが炉内で閉塞し炉外へ押し出せなくなるなどのコークスの押出し不良を生じることになる。コークスの押し出し不良が発生した場合、炉外へコークスを排出するために時間がかかるため生産性が低下することに加え、押出し機のプッシャーロッドからコークスケーキを介して炉壁に大きな横圧がかかり、場合によってはコークス炉の炉壁を損傷するという重大トラブルに発展する。
【0004】
従来、コークスケーキの炉幅方向での収縮量は、実炉での測定が困難であるため、小型の試験コークス炉(2〜500kg)を用いて測定されている。
この試験コークス炉を用いたコークスケーキ収縮量の測定方法は、熱間(コークス温度および炉壁温度:1000℃以上)の状態においては、炉壁に閉口した窓孔からロッドを挿入してコークス面に直接押し当て、そのロッドの変位を読み取る方法が一般的な方法である。
【0005】
一方、試験コークス炉にて乾留を行い、コークスケーキとなったサンプルを冷却して室温の状態でコ−クスの収縮量を測定する場合には、例えば特許文献1に開示されているように、脱着式の炉壁を備えた容器内で石炭を乾留し、レーザー式の距離計により炉壁を取り外す前後での平均距離の差からコークスの収縮量を求める方法がある。
【特許文献1】特開2003−96466号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来の技術では、コークスの平均的な収縮量を求めることでコークスケーキの押し出し性をある程度評価することができる。しかしながら、従来の方法は、コークスケーキの強度を無視しているため、収縮性は十分にあってもコークスケーキの強度が弱いときには、炉内でのコークス閉塞を起こす場合があり、実炉のコークスケーキの押し出し性を推定するという点では問題があつた。このような背景のもと、試験コークス炉におけるコークスケーキの押し出し性を正確に把握することが必要であり、このことがコークス炉の操業安定化および炉体長寿命化を実現する上で必須であると考えられる。
そこで、この発明の目的は、従来の技術が抱えている上述した問題点を解消し、コークスケーキの押し出し性を正確に推定することでコークス炉の操業安定化及び炉体長寿命化を実現する方法について提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明者等は、上記目的を実現するために鋭意研究したところ、実炉のコークスケーキは、乾留中に生成した亀裂により容易に多くの細かいコークス塊へと分断されていくため、コークスケーキは完全な剛体としての挙動を示さない。したがって、試験コークス炉でコークスケーキの炉幅方向の収縮量のみを測定するだけでは、コークスケーキの押し出し性を正確に評価することができず、コークスケーキの内部に発生する亀裂量を測定することでコークスケーキの強度を判断できるという知見を得、この発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、乾留後のコークスケーキの押し出し性を試験コークス炉を用いて推定する方法であって、試験コークス炉で乾留したコークスケーキの炉幅方向の収縮量と、該コークスケーキ内部に存在する亀裂量とを求め、これら収縮量及び亀裂量に基づいて前記コークスケーキの押し出し性を推定することを特徴とする方法である。
この発明によると、コークスケーキの炉幅方向の収縮量を求めることによるコークスケーキの収縮性と、コークスケーキ内部の亀裂量を求めることによるコークスケーキの強度とを正確に評価することが可能となり、コークスケーキの押し出し性が正確に推定されるので、実際のコークス炉の操業安定性及び炉体長寿命化が図られる。
【0009】
ここで、前記試験コークス炉の炉幅方向の透過放射線像を撮影し、この透過放射線像の炉幅方向の両端部を収縮の解析領域とし、これら収縮の解析領域の間の領域を亀裂の解析領域とし、前記収縮の解析領域では、前記試験コークス炉の炉壁内面から前記コークスケーキの側面との間に生じた空隙の面積から該空隙の炉幅方向の平均距離を算出することで前記コークスケーキの収縮量を求め、前記亀裂の解析領域では、亀裂の本数、単位面積当りの亀裂の面積、或いは亀裂の幅を算出することで前記コークスケーキの亀裂量を求めることが好ましい。
【0010】
このようにすると、コークスケーキの炉幅方向の収縮量及び亀裂量を効率良く、迅速に測定することが可能となる。
また、先に撮影した前記透過放射線像に対して平行となるように、前記コークスケーキの厚み方向に複数の透過放射線像を撮影し、これら複数の透過放射線像のそれぞれに対して収縮量及び亀裂量を求め、求めた収縮量の平均値及び亀裂量の平均値に基づいて前記コークスケーキの押し出し性を推定することが好ましい。
このようにすると、コークスケーキの炉幅方向の収縮量及び亀裂量の測定精度を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
本発明のコークスケーキ押し出し性の推定方法によれば、コークスケーキの炉幅方向の収縮量を求めることによるコークスケーキの収縮性と、コークスケーキ内部の亀裂量を求めることによるコークスケーキの強度とを正確に評価することができるので、コークスケーキの押し出し性が正確に推定され、実際のコークス炉の操業安定性及び炉体長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明に係るコークスケーキ押し出し性の推定方法の1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
先ず、図1は、第1実施形態としてのコークス押し出し性の推定方法の概要を示す図である。
本実施形態では、透過放射線像を用いてコークスケーキの収縮量及びコークスケーキ内部の亀裂量を求めるようにしたものである。
まず、石炭の乾留を行うコークス炉としては、測定の容易な小規模の試験コークス炉2を用いることが好ましい。この試験コークス炉2は、一般のコークス炉の炉壁に相当する互いに対向配置した一対の加熱板2a,2bが存在し、コークス炉の炉幅に相当する方向、すなわち加熱板2a,2bと直交する方向に加熱される。このように加熱すると、乾留後には、炉壁に相当する一対の加熱板2a,2bとコークスケーキ4との間にそれぞれ空隙6が生じるとともに、コークスケーキ4内部には、亀裂(図1では図示せず)が生じる。
【0013】
そして、加熱板2a,2bと直交する方向のコークスケーキ4の断面を、透過放射線装置により透過放射線像として撮影する。ここで、加熱板2a,2bと直交する方向は、コークス炉の炉幅方向に相当する方向、すなわち石炭の乾留が進行する方向であり、以下、炉幅方向と称する。
前述した透過放射線装置は、加熱板2a,2bの外側に対向配置したX線管8及び検出器10と、制御変換部12とで構成されている。X線管8及び検出器10は、互いに対向した状態を保持したまま、図1の破線で示す炉幅方向に延在した円軌道上を同期して移動可能に設けてある。制御演算部12は、X線管8及び検出器10の移動を制御するとともに、検出器10から測定したX線の強度から各部位の透過率を算出し、コークスケーキ4の炉幅方向の断層を2次元の透過放射線像データとして演算する装置である。
【0014】
そして、制御演算部12で演算した2次元の透過放射線像データは、画像解析装置14で2次元の透過放射線像として表示され、さらに、収縮及び亀裂の2つの解析領域に別けて、2次元の透過放射線像の2値化処理を行っている。
すなわち、図2は、画像解析装置14で表示されたコークスケーキ4の炉幅方向の2次元の透過放射線像であり、放射線の透過度に対応した濃淡で表示されている。
【0015】
コークスケーキ4は、通常、炉幅方向での収縮率が30%未満であり、また高さ方向での収縮率が20%未満である。そのため、収縮の解析領域は、加熱板2a,2bから炉幅の15%であって、且つ高さ方向が底部から石炭装入高さの80%に設定されている。また、亀裂の解析領域は、加熱板2a,2bから炉幅の15%を除いた領域であって、且つ高さ方向が底部から石炭装入高さの80%に設定されている。
【0016】
図3は、図2の透過放射線像に基づき、所定の閾値を用いて2値化処理を行った収縮の解析領域の像であり、白部分がコークスケーキ4であり、黒部分が空隙6であるので、コークスケーキ4の外側、すなわち加熱板2a,2bとの間に生成した空隙6を容易に確認することができる。
この図3を利用して収縮の解析領域における空隙4の面積を求め、この面積を解析領域の高さで割ることによって、容易にコークスケーキ4と加熱板2a,2b(炉壁)との間にできた空隙4の炉幅方向距離の平均値tを求めることができる。この平均値tが、コークスケーキ4の収縮量である。
【0017】
また、図4は、図2の透過放射線像に基づき、所定の閾値を用いて2値化処理を行った亀裂の解析領域の像であり、白部分がコークスケーキ4であり、黒部分が亀裂16a,16b…である。
この図4を利用して亀裂の解析領域における亀裂16a,16b…の本数、亀裂面積、1本当りの亀裂幅等を測定し、コークスケーキ4の亀裂量とする。
このようにして求めた炉幅方向でのコークスケーキ4の収縮量およびコークスケーキ4中の亀裂量を変数として試験コークス炉2での押し出し性評価の関数を作成することで、炉幅方向の収縮量だけでは測定できなかったコークスケーキ4の強度を含めたコークスケーキの押し出し性評価が可能となる。
また、コークスケーキ4の収縮量及び亀裂量を、コークスケーキ4の炉幅方向の透過放射線像を撮影し、この透過放射線像を所定の閾値を用いて2値化処理を行うことにより測定しているので、効率良く、迅速に測定することができる。
【0018】
ここで、上記実施形態では、コークスケーキ4の炉幅方向の一断面を撮影する(1枚の透過放射線像を表示する)ことででコークスケーキ4と加熱板2a,2bとの間の収縮量と、コークスケーキ4の亀裂量を求める手法を示したが、図1で示したX線管8および検出器10をコークスケーキ4の厚み方向(図1の表裏方向)に移動し、先に撮影した一断面と平行する複数の断面について上記の操作を繰り返すことによって、コークスケーキ4の厚み方向にも平均化を進めれば、収縮量と亀裂量の測定精度をより向上することが可能である。
【0019】
また、上記実施形態では、透過放射線像を用いてコークスケーキ4の炉幅方向の収縮性とコークスケーキ4中の亀裂量を同時に測定する方法を示したが、収縮量の測定と亀裂量の測定は、別々の測定装置で行ってもよい。収縮量の測定方法としては、透過放射線像によるもの以外に、レーザー距離測定装置による方法や収縮体積をビーズ等により測定する方法でも良い。また、亀裂量の測定方法では、透過放射線像によるもの以外に、一定体積のコークスケーキ4をコークス塊の状態に分断してコークス塊の個数やコークス塊の平均粒度からコークスケーキ中の亀裂を推定してもよい。
【実施例】
【0020】
上記実施形態で示したコークスケーキ押し出し性の推定方法の具体例な実施例について、以下に詳細に説明する。なお、図1で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
本実施例では、図5に示すコークスケーキ4の平均収縮量および亀裂量測定用の小型模擬レトルト(L×W×H:ll4mmX190mm×120mm:試験コークス炉2)を用いて、40kg規模の乾留炉において、表1に示す乾留条件の下で乾留を行った。なお、試験コークス炉2は、れんが製の加熱板2a,2b、底板18及び天板20としている。
【0021】
【表1】


【0022】
乾留後、この試験コークス炉2を透過X線像の撮影装置(X線間8、検出器8)の所定の位置にセットして透過X線像を撮影した。なお、透過X線像は、コークスケーキ4の炉奥行き方向114mmの中心部分、すなわち端面から72mmの断面で撮影を行った。
透過X線像は、制御演算部12を介して画像解析装置14に入力される。この画像解析装置14では、図2に示したように、放射線の透過度に対応した濃淡で表わされた2次元画像を表示する。
【0023】
ここで使用している190mm幅の試験コークス炉2は、通常コークスケーキの収縮量が40mm以下であることから、コークスケーキ4の収縮解析領域は、炉幅が加熱板2a,2b(炉壁)から20mmとし、高さ方向を底板18(炉底)から100mmの範囲とした2つの領域に対して解析を行った。収縮解析領域を炉壁から20mmと限定することで、コークスケーキ4の収縮量評価に対する亀裂の影響を少なくしている。この2つの解析範囲で、図3に示したように、コークスケーキ4と空隙6を2値化処理により区別し、空隙6とみなした面積を解析領域の高さl00mmで除したのちそれぞれ足し合わせたものを、水平方向の平均クリアランスとして求めた。また、この平均クリアランスの値を、初期の幅190mmで除したものを収縮率とした。
【0024】
一方、コークスケーキ4中の亀裂量の評価は、コークスケーキ4の上述の収縮解析領域を除いた幅×高さ:150mm×l00mmの画像(亀裂解析領域)に対して解析を行った。この亀裂量の評価は、図4に示したように、コークス(カーボン)の部分と亀裂(空隙)の部分を区別できるようにした。この画像を用いて亀裂16a,16b…の本数およびコークスケーキ4中の亀裂が占有する面積を求めた。
【0025】
コークスケーキ4の収縮により生じる加熱板2a,2b(炉壁)側の空隙6、コークスケーキ4中の亀裂16a,16b…のいずれも、コークス(カーボン)のない領域を定量化したことに相当する。しかし、コークスケーキ4の押し出し性に及ぼす影響としては、炉壁側の空隙6は増加した方がコークスケーキ4と炉壁が接触しにくくなり、コークスケーキ4を押し出しやすくなる。一方、コークスケーキ4内の亀裂16a,16b…が増加するとコークスケーキ4が崩壊し、コークスケーキ4が剛体よりも粉体に近い挙動を示すようになるため、コークスケーキ4を試験コークス炉2へ排出することが困難になる。特に、図4で示す亀裂16aのように、コークスケーキ4の高さ方向に延在している亀裂が存在すると、コークスケーキ4が分断されやすい。
【0026】
つまり、亀裂16a,16b…は空隙6と同一のものであるが、コークスケーキ4の押し出し性に及ぼす影響としてはまったく逆の影響を及ぼすものであり、これらを区別することでコークスケーキ4の押し出し性が評価できる。 次に、石炭の配合条件を変えた複数のコークスケーキ4(No1〜9)の押し出し性を評価した結果を表2に示す。
【0027】
すなわち、表2では、性状が異なった9種類のコークスケーキ4について、上述した透過X線測定方法により収縮量として収縮率、亀裂量として亀裂本数を定量化した。そして、同一の石炭配合で3日間操業し、試験コークス炉2の多くの窯のうち炉壁の損傷などがなくカーボンの付着も少ない窯を、事前に10窯選定しておき、基準配合での押し出しアンペアを100とした時を相対値として、9種類のコークスケーキ4の実験期間中の押し出し性指数を求めた。なお、実験期間中は石炭水分を6.5%で一定とし、一窯当たりの装入炭量も一定とした。コークス炉の稼動率は120%で一定とし全消費時間も一定で操業した。
ここで、前記押し出し性指数は、コークス押し出し時の押し出し機の負荷の大きさを示す度合いであり、押し出し性指数が大きいと、コークスが押し出しにくくなる。
【0028】
【表2】


【0029】
表2の結果に基づいて、9種類のコークスケーキ4の押し出し性指数と収縮率との関係を図6に示すと、収縮率が少ないコークスケーキ4は、押し出し性指数が大きくなる傾向、すなわち、コークス押し出し時に押し出しにくくなるということがわかる。また、収縮率が同一のコークスケーキ4では、コークスケーキ4中の亀裂本数が多くなるほど押し出し性指数が大きくなる(押し出しにくくなる)ということがわかる。
ここで、コークスケーキ4の収縮率と亀裂本数の測定に基づいた押し出し性の推定値は、下記(1)式で求められる。
(押し出し性の推定値)=a1×(収縮率)+a2×(亀裂本数)+b ……(1)
なお、a1,a2,bは定数であり、コークス炉等の条件により異なるがいくつかのケースで実験を行えば求めることができる。ここでは、a1=−13.13,a2=163.9,b=132.2とした。
【0030】
図7は、上記(1)式に基づいて算出した押し出し性の推定値と、押し出し性指数との関係を示しているが、この図7から、両者が良好に一致していることがわかる。そして、表3は、本発明に係る収縮率と亀裂本数を測定した方法と、従来の収縮量のみを測定した方法及び亀裂本数のみを測定した方法の押し出し性指数との相関を比較したものであるが、本発明に係る収縮率と亀裂本数を測定した方法が、他の従来の方法と比較して相関係数が高くコークスケーキ4の押し出し性に大きな影響を及ぼすので、コークスケーキ4の押し出し性の推定に大変効果的な方法であることがわかる。
【0031】
【表3】


【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明は、コークス炉でのコークスケーキの押し出し性を効率良く、正確に推定するコークスケーキ押し出し性の推定方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明に係るコークスケーキの収縮量及び亀裂量を測定する方法の概要を示す図である。
【図2】撮影した透過放射線像を示す図である。
【図3】撮影した透過放射線像のうち収縮解析領域を示す図である。
【図4】撮影した透過放射線像のうち亀裂解析領域を示す図である。
【図5】コークスケーキの収縮量及び亀裂量の測定に用いた試験コークス炉を示す図である。
【図6】炉幅方向のコークスケーキの収縮率と押し出し性指数の関係を示す図である。
【図7】コークスケーキの収縮率と亀裂本数から求めた押し出し性推定値と、押し出し性指数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【0034】
2 試験コークス炉
2a,2b 加熱板(炉壁)
4 コークスケーキ
6 空隙
8 X線管
10 検出器
12 制御演算部
14 画像解析装置
16a,16b… 亀裂
【出願人】 【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号
【出願日】 平成15年8月25日(2003.8.25)
【代理人】 【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也

【識別番号】100075579
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 嘉昭

【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 秀▲てつ▼

【公開番号】 特開2005−68296(P2005−68296A)
【公開日】 平成17年3月17日(2005.3.17)
【出願番号】 特願2003−300234(P2003−300234)