特開 2022-51452 コークス強度の推定方法、高炉の操業方法、及びコークスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022051452

(43)【公開日】2022-03-31

(54)【発明の名称】コークス強度の推定方法、高炉の操業方法、及びコークスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 5/00 20060101AFI20220324BHJP

   C10B 57/04 20060101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

C21B5/00 302

C10B57/04

C21B5/00 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020157939

(22)【出願日】2020-09-18

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋山 征太郎

【テーマコード（参考）】

4H012

4K012

【Ｆターム（参考）】

4H012MA01

4K012BC03

(57)【要約】

【課題】サンプラで採取したコークスを用いて、高炉に装入されるコークスの強度を精度よく推定可能なコークス強度の推定方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係るコークス強度の推定方法は、コークスを高炉に搬送する過程に設けられた基準点からサンプラまでの間にコークスが受ける衝撃量と、基準点から高炉までの間にコークスが受ける衝撃量との差を求めるステップと、サンプラで採取されたコークスに対して、求められた衝撃量の差の衝撃量を与えた後のコークス強度を測定又は推定するステップと、を含む方法を用いて、高炉に装入されるコークスの強度を推定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークスを高炉に搬送する過程に設けられた基準点からサンプラまでの間にコークスが受ける衝撃量と、前記基準点から高炉までの間にコークスが受ける衝撃量との差を求めるステップと、
前記サンプラで採取されたコークスに対して、前記差の衝撃量を与えた後のコークス強度を測定又は推定するステップと、
を含む方法を用いて、高炉に装入されるコークス強度を推定する
コークス強度の推定方法。

【請求項2】

請求項１に記載のコークス強度の推定方法を用いて推定されるコークス強度が所定の値以上であるコークスを用いて高炉を操業する、高炉の操業方法。

【請求項3】

請求項１に記載のコークス強度の推定方法を用いて推定されるコークス強度が所定の値以上になるように、コークス炉に装入する石炭及びコークス炉の操業条件を定めてコークスを製造する、コークスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コークス強度の推定方法、高炉の操業方法、及びコークスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉操業において、特に重要な品質管理項目はコークス強度である。強度が高いコークスを使用すれば、高炉内の通気性が良好になり、高炉操業を安定して行うことができる。このような背景から、これまでに種々のコークス強度の測定方法や、高炉操業にとって好ましいコークスの品質や使用方法、強度の高いコークスの製造方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５８－９６６７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のコークス強度の測定方法では、コークス炉で製造されたコークスを高炉に搬送するまでの過程におけるいずれかの位置でコークスをサンプリングし、その強度を所定の方法で分析することが行われている。しかしながら、コークス強度は強度測定に供されるまでの間にコークスに加えられる衝撃量によって変化することが知られている。この効果はコークスのスタビライズ効果として知られており、強度測定の前に多くの衝撃を受けたコークスでは、コークス中の破壊しやすい部分が破壊されているため、強度が高く測定される傾向を示す。

【0005】

コークスは、コークス炉で製造された後、高炉に搬送される過程でコンベアのジャンクションや篩等によって衝撃を受ける。このため、同じコークスであってもサンプリングする位置によって測定される強度が異なり、サンプラで採取されたコークスの強度とそのコークスが高炉に装入される際の強度との間に違いが発生する。

【0006】

コークスの品質は高炉操業に大きな影響を及ぼすので、高炉操業にとっては高炉に実際に装入されるコークスの強度を知り、その値に基づいて高炉操業を行うことが好ましい。すなわち、高炉操業の指標として用いられるコークス強度は、高炉に装入される直前で採取されたコークスの強度であることが好ましいといえる。しかしながら、設備的あるいは作業的な制約のため、高炉内又は高炉の直前でコークスをサンプリングすることは困難であることが多い。

【0007】

一方、コークス炉において製造されるコークスの強度を管理するためには、高炉の直前でサンプリングされたコークスの強度は指標として用いにくい。その一つの理由は、コークス炉から高炉までの搬送経路にコークス貯槽が存在することにより、高炉の直前でサンプリングされるコークスは、コークスが製造されてからかなり時間が経過した後のものであり、且つ、その経過時間が常に一定とは言えないためである。

【0008】

このような事情から、コークス炉から高炉までの間の適当な位置にコークスのサンプラを設け、そこから得られるコークス強度を指標として、高炉及びコークス炉の操業を行うことが一般的である。しかしながら、特許文献１には、コークス搬送過程においてコークスに与えられるべき衝撃量をドラム試験機による回転数で評価したコークス粒度とコークス強度の管理方法が開示されているが、上述のようなコークスの採取位置による分析値の違いの問題を解決できるものではない。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、サンプラで採取したコークスを用いて、高炉に装入されるコークスの強度を精度よく推定可能なコークス強度の推定方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高炉に装入されるコークスの強度に基づく好適な高炉の操業方法及び好適な高炉の操業に寄与するコークスの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係るコークス強度の推定方法は、コークスを高炉に搬送する過程に設けられた基準点からサンプラまでの間にコークスが受ける衝撃量と、前記基準点から高炉までの間にコークスが受ける衝撃量との差を求めるステップと、前記サンプラで採取されたコークスに対して、前記差の衝撃量を与えた後のコークス強度を測定又は推定するステップと、を含む方法を用いて、高炉に装入されるコークス強度を推定する。

【0011】

本発明に係る高炉の操業方法は、本発明に係るコークス強度の推定方法を用いて推定されるコークス強度が所定の値以上であるコークスを用いて高炉を操業する。

【0012】

本発明に係るコークスの製造方法は、本発明に係るコークス強度の推定方法を用いて推定されるコークス強度が所定の値以上になるように、コークス炉に装入する石炭及びコークス炉の操業条件を定めてコークスを製造する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、サンプラで採取したコークスを用いて、高炉に装入されるコークスの強度を精度よく推定可能なコークス強度の推定方法を提供することができる。また、本発明によれば、高炉に装入されるコークスの強度に基づく好適な高炉の操業方法及び好適な高炉の操業に寄与するコークスの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、累積衝撃量とＤＩ強度との関係の一例を示す図である。

【図2】図２は、本発明の第一の態様に係るコークス強度の推定方法の流れを示すフローチャートである。

【図3】図３は、ドラム強度試験機の構成を示す模式図である。

【図4】図４は、通常ＤＩ強度と衝撃後ＤＩ強度との関係の一例を示す図である。

【図5】図５は、累積衝撃量とＤＩ強度との関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、コークスに与えた累積衝撃量とＤＩ分析装置によって測定されたコークスのＤＩ強度（コークス強度）との関係の一例を示す図である。図１に示すように、コークス強度は累積衝撃量の大きさに応じて変化することがわかる。そこで、本発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、コークス炉から高炉までの搬送経路における基準点からサンプラまでの間にコークスが受ける衝撃量と、基準点から高炉までの間にコークスが受ける衝撃量との差を求め、サンプラで採取されたコークスにその衝撃量の差の衝撃量を与えた後のコークスの強度を求めることにより、高炉に装入されるコークスの強度を推定できるという技術思想を想到するに至った。以下、図面を参照して、本技術思想に基づき想倒された、本発明に係るコークス強度の推定方法、高炉の操業方法、及びコークスの製造方法について説明する。

【0016】

〔コークス強度の推定方法〕
まず、図２及び図３を参照して、本発明の第一の態様に係るコークス強度の推定方法について説明する。図２は、本発明の第一の態様に係るコークス強度の測定方法の流れを示すフローチャートである。図３は、ドラム強度試験機の構成を示す模式図である。

【0017】

図２に示すように、本発明の第一の態様に係るコークス強度の推定方法では、まず、コークスを高炉に搬送する過程に設けられた基準点からサンプラまでの間にコークスが受ける衝撃量と、基準点から高炉までの間にコークスが受ける衝撃量との差を求める（ステップＳ１）。具体的には、本態様では、ステップＳ１は、４つのサブステップｓ１～ｓ４からなり、まず、サブステップｓ１では、コークスを高炉に搬送する過程に基準点となる位置を設定する。この基準点は、サンプラよりも上流の位置に設定する。次いで、サブステップｓ２では、基準点から高炉までの間にコークスに与えられる累積衝撃量Ａを測定する。次いで、サブステップｓ３では、基準点からサンプラまでの間にコークスに加わる累積衝撃量Ｂを測定する。そして、サブステップｓ４では、サブステップｓ２で測定された累積衝撃量Ａと、サブステップｓ３で測定された累積衝撃量Ｂとの差ｄ（＝Ａ－Ｂ）を求める。

【0018】

本発明において、サンプラとは、コークスの搬送過程からコークスの試料を採取する機構を指すが、試料を採取し、強度試験機に供するまでの工程を含む。すなわち、基準点からサンプラまでの間にコークスに加わる累積衝撃量とは、基準点から試料を採取する位置までに加わる衝撃量と、試料を採取した位置から強度試験機までの間にコークスに加わる衝撃量の合計を意味する。ここで、基準点としてサンプラの位置を設定し、サンプラで採取されたコークスに追加の衝撃が与えられずに強度試験に供される場合は、サブステップｓ３で累積衝撃量Ｂを測定する必要はなく、累積衝撃量Ｂ＝０として扱えばよい。基準点からの衝撃量を求める高炉の位置としては、コークスの搬送経路において、高炉にコークスを装入するコンベアにコークスを供給する貯槽の位置よりも高炉に近い位置として定めることが好ましい。例えば、高炉の炉頂に設けられたバンカーの入り口や出口、高炉に装入するシュートの入口位置、さらには高炉内の装入物の上面の位置であってもよい。

【0019】

累積衝撃量Ａ及び累積衝撃量Ｂは、コークスに加速度計を混ぜてコークスを実際の搬送経路に流すことにより測定できる。具体的には、基準点の位置から高炉又はサンプラまで流して測定すればよい。この場合、加速度計はコークスの大きさ、形状、比重に合わせた外殻構造の内部に挿入するとよい。また、加速度計として３軸加速度センサを用いた場合には、累積衝撃量Ａ及び累積衝撃量Ｂは、所定周波数で加速度を測定し、３軸の各軸の加速度から加速度ベクトルを求め、加速度ベクトルの長さが所定値以上の計測値を積算することによって求めることができる。

【0020】

次に、ステップＳ１において設定された衝撃量の差ｄの衝撃量をサンプラで採取されたコークスに別途付与する（ステップＳ２）。具体的には、図３に示すような円筒状のドラム強度試験機１内にコークスＣを挿入し、ドラム強度試験機１を回転させることによってドラム強度試験機１の内周面に設けられた羽１ａでコークスＣを掻き上げ、落下させることにより、コークスＣに差ｄの衝撃量を別途付与する。コークスＣに付与する衝撃量は、ドラム強度試験機１の回転数とコークスＣに加わる衝撃量との関係を予め求めておくことによって調整できる。コークスに衝撃量を付与する他の設備としては、シャッター装置やタンブラー試験機等を例示できる。衝撃量を付与する設備における１回転又は１回の落下あたりの衝撃量は、例えば、前述の加速度計を衝撃量を付与する設備に入れて衝撃量を測定することによって得られる。

【0021】

そして、最後に、衝撃量の差ｄの衝撃量を別途付与した後のコークスの強度を測定する（ステップＳ３）。このような方法によれば、高炉に装入される時点でのコークス強度が推定できる。この方法が特に有用なのは、高炉において実際に試料の採取が不可能な場所のコークス強度が推定できる点である。一般に、高炉に装入されるコークスは、高炉炉頂部に設置されたバンカーに貯留された後に高炉内に装入される。操業中の高炉の内部は加圧された状態にあり、さらにＣＯを含むガスが流通し、炉頂部の温度でも約１００℃という環境にある。従って、高炉の内部や装入直前のコークス試料をサンプリングすることは非常に困難である。しかしながら、高炉を建設ないしは高炉炉体を更新した後、高炉の火入れを行う前には装入経路のバンカーや高炉内にコークスと共に加速度計を装入して、衝撃量を計測することが可能である。このように予め高炉に装入されるコークスが受ける衝撃量を求めておけば、本発明の方法によって操業中にはコークス試料が採取困難な場所（例えば高炉内部や炉頂バンカー部）であっても、その位置に到達したコークスの強度を推定することができる。

【0022】

次に、図４を参照して、本発明の第２の態様に係るコークス強度の推定方法について説明する。

【0023】

図４は、衝撃量の差ｄの衝撃量をサンプラで採取されたコークスに別途与えた後に測定されたコークス強度（衝撃後ＤＩ強度）とサンプラで採取されたコークスに差ｄの衝撃量を与えることなく測定されたコークス強度（通常ＤＩ強度）との関係の一例を示す図である。

【0024】

本発明の第２の態様に係るコークス強度の推定方法では、図２のステップＳ２及びステップＳ３に代えて、サンプラで採取されたコークスの強度を実測し、図４の関係を用いて、実測されたコークス強度（通常ＤＩ強度）から衝撃量の差ｄを与えた後のコークス強度を推定する。具体的には、まず、予め複数のコークスについて、衝撃後ＤＩ強度と通常ＤＩ強度との相関関係を求めておく。詳しくは、例えば衝撃量の差ｄの衝撃量を与える前後におけるコークス強度を測定することにより、図４に示すような通常ＤＩ強度と衝撃後ＤＩ強度との関係を示す関数Ｌ１を求めておく。そして、通常ＤＩ強度と上述した相関関係とに基づいて、差の衝撃量を与えた後にコークス強度を測定した場合におけるコークス強度を推定する。具体的には、図４に示す例では、通常ＤＩ強度を関数Ｌ１に代入することにより衝撃後ＤＩ強度を算出する。このようなコークス強度の推定方法によれば、サンプラで採取されたコークスに差の衝撃量を与えることなく、高炉に搬送された状態でのコークス強度を推定することができる。

【0025】

基準点から高炉までの間にコークスに与えられる累積衝撃量Ａよりも、基準点からサンプラまでの間にコークスに加わる累積衝撃量Ｂの方が大きい場合、すなわち、累積衝撃量Ａと累積衝撃量Ｂとの衝撃量の差ｄ（＝Ａ－Ｂ）が負になる場合について次に述べる。衝撃量の差ｄが負になる場合には、ステップＳ２において、サンプラで採取されたコークスに追加の衝撃量を加えることができないが、累積衝撃量Ａを受けた後のコークスの強度を推定することはできる。

【0026】

図５は、強度が異なる複数のコークスにおけるコークスに与えた累積衝撃量と累積衝撃量を与えた後に測定されたコークス強度（ＤＩ強度）との関係の一例を示す図である。予め強度が異なる複数のコークスについて、コークスに与えた累積衝撃量と累積衝撃量を与えた後に測定されたコークス強度との相関関係を求めておく。具体的には、強度が異なる複数のコークスについて、ドラム強度試験機の回転数を変更してコークス強度を測定し、加速度計を用いてそれぞれの回転数のときの累積衝撃量を求めて両者をプロットする。

【0027】

これにより、図５に示すような、強度が異なる複数のコークスにおけるコークスに与えた累積衝撃量と累積衝撃量を与えた後に測定されたコークス強度（ＤＩ強度）との関係を示す曲線Ｌ２～Ｌ４が得られる。この時、累積衝撃量Ｂと、累積衝撃量Ｂを加えた後のコークス強度（すなわちサンプラで採取されたコークスの強度）がわかっていれば、そのコークスがＬ２～Ｌ４のどの曲線に従うか（あるいは、どの曲線に近い曲線に従うか）が推定できる。そのようにして特定された曲線を用いれば、累積衝撃量Ｂよりも小さい累積衝撃量Ａであっても、累積衝撃量Ａを受けた場合のコークス強度が推定可能である。

【0028】

〔高炉の操業方法〕
本発明の方法によれば、高炉に装入される（あるいは装入された）コークスの強度が推定できる。このようにして推定されたコークス強度は、搬送過程によらず、実際に高炉に装入されるコークスの強度を従来よりも正確に評価したものといえる。従って、本発明の方法で推定されるコークス強度を高炉の操業管理に用いれば、従来よりも高精度な高炉の操業が可能になる。特に、コークスが異なる工場で製造され、異なる経路を通って搬送されてくる場合には、個々の経路におけるサンプラで得られるコークス強度を同じ基準で比較することは好ましくない。例えばコークス炉ａで製造されたＤＩ強度が８４．０のコークスと、コークス炉ｂで製造されたＤＩ強度が８４．５のコークスがあったとしても、本発明の方法で推定される高炉装入時点でのコークス強度が両者とも８５．０であったとすれば、どちらも同じ品質のコークスとして利用できる。

【0029】

〔コークスの製造方法〕
同様に、本発明に係るコークス強度の推定方法によって推定されたコークス強度が目標値以上になるように、公知の方法を用いてコークス炉に装入する石炭及びコークス炉の操業条件を定めてコークスを製造することができる。このような本発明に係るコークスの製造方法によれば、例えばコークス炉やコークス搬送、サンプリング工程の違いによらず、高炉の操業にとって好適な強度を有するコークスを安定的に製造し、高炉操業を安定化させることができる。

【0030】

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１ ドラム強度試験機
１ａ 羽
Ｃ コークス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】