特開 2024-104103 コークス製造用石炭ケーキの製造方法

(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】P2024104103

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】コークス製造用石炭ケーキの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 45/02 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

C10B45/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008153

(22)【出願日】2023-01-23

(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】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉原 圭亮

(72)【発明者】

【氏名】中島 崇秀

(57)【要約】

【課題】スタンプチャージ法により石炭ケーキをブロック状に成型しても石炭ケーキの入側端部の崩落をなくすことができる、コークス製造用石炭ケーキの製造方法を提案すること。
【解決手段】コークス製造に用いる石炭ケーキをスタンプチャージ法で成型するコークス製造用石炭ケーキの製造方法において、石炭ケーキの入側端部において、成型されるエネルギーが、目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークス製造に用いる石炭ケーキをスタンプチャージ法で成型するコークス製造用石炭ケーキの製造方法において、
前記石炭ケーキの入側端部において、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上であることを特徴とする、コークス製造用石炭ケーキの製造方法。

【請求項2】

前記Ｅｔは、石炭毎に、スタンピングエネルギーＥ（ｋＪ／ｔ）と石炭ケーキ密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）との相関関係に基づいて設定されることを特徴とする、請求項１に記載のコークス製造用石炭ケーキの製造方法。

【請求項3】

前記Ｅｔは、下記式（１）を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載のコークス製造用石炭ケーキの製造方法：
Ｅｔ≦ΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）・・・・（１）
ここで、
Ｅｉ：ｉ番目のスタンパーから石炭ケーキ入側端部に伝わるスタンピングエネルギー（ｋＪ／ｔ）、
Ｌｉ：ｉ番目のスタンパー端部までの炉頂方向距離（ｍ）、
ａ、ｂ：石炭毎に定まる係数。

【請求項4】

前記Ｅｉにおいて、最も入側端部に近いスタンパーのスタンピングエネルギーＥ１を調整することを特徴とする、請求項３に記載のコークス製造用石炭ケーキの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コークス製造に用いる石炭ケーキをスタンプチャージ法で成型するコークス製造用石炭ケーキの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コークス製造用としての石炭として、良質の強粘結炭は資源的に枯渇状態になってきているため、劣質炭を用いても強度を確保することが求められている。強度を向上させる技術としては、コークス炉に装入する石炭の嵩密度を増加させる方法があり、一例としてスタンプチャージ法が知られている（特許文献１）。

【0003】

特許文献１で開示されているスタンプチャージ法では、粉炭と成形炭との混合物をスタンパーにより上からスタンプして成型し、嵩密度が大きいブロック状の石炭ケーキとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－４４１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、スタンプチャージ法で形成されたブロック状の石炭ケーキの強度は場所によりばらつきがあり、スタンパーから水平方向に距離が離れるとスタンピングの衝撃が減衰することから嵩密度が小さく、強度が小さくなりやすい。そのため、一定回数スタンピングしてブロック形状に成型した石炭ケーキにおいて、石炭ケーキのコークス炉の炭化室に面する入側端部が強度不足により崩落する場合がある。その場合、入側端部が崩落した石炭ケーキを、コークス炉の炭化室へ装入できなくなり、石炭ケーキを乾留してコークスを製造することができない。

【0006】

本発明の目的は、上記の問題点を解決して、スタンプチャージ法により石炭ケーキをブロック状に成型しても石炭ケーキの入側端部からの崩落をなくすことができる、コークス製造用の石炭ケーキの製造方法を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

石炭ケーキの崩落を防ぐために、スタンプチャージ法により成型される石炭ケーキの密度は１１００ｋｇ／ｍ^３以上が望ましい。そこで、本発明では、前記課題を解決するために石炭ケーキが入側端部から崩落する要因を鋭意調査した。その結果、以下の知見を得た。
１）石炭ケーキが炉頂方向に入側端部に近いほど、中央側にあるスタンパーから伝わる成型エネルギーが減衰して小さくなる。その結果、石炭ケーキ中央部に比べて入側端部に近い方において、石炭ケーキ強度が不足する。
２）石炭の銘柄や性状、粒度などによって、同じスタンピングエネルギーを与えた場合であっても、得られる石炭ケーキの密度は大きく変化する。

【0008】

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。すなわち、本発明のコークス製造用石炭ケーキの製造方法は、コークス製造に用いる石炭ケーキをスタンプチャージ法で成型するコークス製造用石炭ケーキの製造方法において、前記石炭ケーキの入側端部において、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上であることを特徴とする、コークス製造用石炭ケーキの製造方法である。

【0009】

なお、前記のように構成される本発明に係るコークス製造用石炭ケーキの製造方法においては、
（１）前記Ｅｔは、石炭毎に、スタンピングエネルギーＥ（ｋＪ／ｔ）と石炭ケーキ密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）との相関関係に基づいて設定されること、
（２）前記Ｅｔは、石炭ケーキのいずれの高さにおいても、下記式（１）を満たすこと：
Ｅｔ≦ΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）・・・・（１）
ここで、
Ｅｉ：ｉ番目のスタンパーから石炭ケーキ入側端部に伝わるスタンピングエネルギー（ｋＪ／ｔ）、
Ｌｉ：ｉ番目のスタンパー端部までの炉頂方向距離（ｍ）、
ａ、ｂ：石炭毎に定まる係数。
（３）前記Ｅｉにおいて、最も入側端部に近いスタンパーのスタンピングエネルギーＥ１を調整すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明のコークス製造用石炭ケーキの製造方法によれば、石炭ケーキの入側端部において、石炭ケーキのいずれの高さにおいても、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上である。そのため、石炭ケーキ入側端部からの石炭ケーキの崩落を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の石炭ケーキを用いる従来から知られているコークス炉の一実施形態を説明するための図である。

【図2】本発明の石炭ケーキの製造に用いるスタンプチャージ設備の一実施形態を説明するための図である。

【図3】本発明におけるＥｔを説明するための、スタンピングエネルギーと石炭ケーキ密度との関係の一例を示すグラフである。

【図4】本発明における、スタンピングエネルギーとケーキ端部からの距離とからなるスタンピングエネルギーの分布の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0013】

＜本発明の石炭ケーキを用いるコークス炉について＞
図１は本発明の石炭ケーキを用いる従来から知られているコークス炉の一実施形態を説明するための図である。図１に示す例において、コークス炉１は、石炭ケーキを装入する炭化室２と炭化室２を加熱する燃焼室３とが交互に配置された構造体（炉団）である。炭化室２においては、石炭を蒸し焼き（乾留）して、コークスを製造している。製造したコークスは、炭化室２の前後方向の端部の窯口に着脱自在に設けられた炉蓋４を開け、水平方向に図示しない押し出しラムにより押し出すことで、炭化室２から取り出される。

【0014】

燃焼室３の下部には、一体に蓄熱室５が設けられており、燃焼室３と蓄熱室５とにより、燃料ガス６を空気９により燃焼して燃焼排ガス７としてコークス炉１の外部に排出することで、隣接する炭化室２を石炭が乾留される温度まで加熱している。上記構成のコークス炉１は、石炭処理能力が高く、熱効率も良好で、強度の高いコークスを得ることができる。

【0015】

図１に示す構成のコークス炉１では、図１に燃焼室３および蓄熱室５の構成を示すように、燃焼室３および蓄熱室５が長さ方向に燃焼側と引き落とし側とに仕切り壁８により２分割されており、燃料ガス６と燃焼した燃焼ガスを、図１に矢印で示すように、（蓄熱室５の燃焼側）→（燃焼室３の燃焼側）→（燃焼室３の引き落とし側）→（蓄熱室５の引き落とし側）と流通させて、隣接する炭化室２を、石炭を乾留するための温度例えば約１１００℃に加熱している。そして、この状態を２０～３０分程度継続したら、ガスの流れを反対向きにして燃焼と排気の切り替えを行い、燃焼側と引き落とし側を入れ替えて加熱することを繰り返す操業を行う。

【0016】

＜本発明のコークス製造用石炭ケーキの製造方法について＞
図２は本発明の石炭ケーキの製造に用いるスタンプチャージ設備の一実施形態を説明するための図である。図２に示す例において、装炭押出機２１の上部に複数のスタンパー２２を設けている。そして、装炭押出機２１内に上部からホッパー２５を介して石炭２３を装入し、スタンパー２２を上下動させることで石炭２３を上部からスタンピングして、石炭ケーキ２４を成形している。装炭押出機２１の前端は可動扉２１ａから構成され、後端は背面壁２１ｂから構成されている。可動扉２１ａおよび押出扉２１ｂを所定の位置にセットしてスタンピングボックスを形成することができる。そのため、石炭２３をスタンパー２２でスタンピングすることで、装入された石炭２３は所定のブロック形状に成型された石炭ケーキ２４を得ることができる。成型された石炭ケーキ２４は、前端の可動扉２１ａを開けた状態で後端の背面壁２１ｂにより押すことで、コークス炉１の炭化室２にセットされる。そして、炭化室２内にセットされた石炭ケーキ２４は炭化室２内で乾留される。なお、図２において、前端の可動扉２１ａと接する石炭ケーキ２４の部分を、石炭ケーキ２４の入側端部２４ａとする。

【0017】

本発明のコークス製造用石炭ケーキの製造方法の特徴は、上述した装炭押出機２１での石炭ケーキ２４の成型中、石炭ケーキ２４の入側端部２４ａにおいて、石炭ケーキのいずれの高さにおいても、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上である点にある。

【0018】

ここで、Ｅｔ（ｋＪ／ｔ）とは、目標密度（例えば、１１００ｋｇ／ｍ^３）を達成するために必要なエネルギーである。原料となる石炭の銘柄や性状、粒度などによって、同じスタンピングエネルギーを石炭に与えた場合であっても、スタンプチャージ法で成型された石炭ケーキの密度は大きく変化する。そのため、オフライン試験でスタンピングエネルギーＥと石炭ケーキ密度ρとの相関関係を予め調査し、原料毎にＥｔを決定することが好ましい。Ｅｔの好適な実際の例については、以下の実施例において、表１および図３に基づき説明する。

【0019】

また、本発明のコークス製造用石炭ケーキの製造方法の好適な一実施形態として、Ｅｔは、下記式（１）を満たすことがある：
Ｅｔ≦ΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）・・・・（１）
ここで、
Ｅｉ：ｉ番目のスタンパーから石炭ケーキ入側端部に伝わるスタンピングエネルギー（ｋＪ／ｔ）、
Ｌｉ：ｉ番目のスタンパー端部までの炉頂方向距離（ｍ）、
ａ、ｂ：石炭毎に定まる係数。

【0020】

スタンプチャージ法で石炭ケーキを製造する際、通常、炉頂方向に数十個のスタンパーが並んでおり、それぞれのスタンパーの成型エネルギーが周囲に伝播することで石炭を押し固める。ここで、ｉ番目のスタンパーから石炭ケーキ入側端部に伝わるスタンピングエネルギーＥｉ（ｋＪ／ｔ）およびｉ番目のスタンパー端部までの炉頂方向の距離Ｌｉ（ｍ）は、石炭ケーキ入側端部におけるスタンピングエネルギーＥｔを求めるために使用される。

【0021】

式（１）のΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）は、以下の知見に基づき求められている。すなわち、司・翠川の回帰式（司宏俊、翠川三郎：断層タイプ及地盤条件を考慮した最大加速度・最大速度の距離減衰式、日本建築学会構造系論文集、第５２３号、１９９９、ｐｐ．６３－７０）では、震源から距離Ｘ（ｋｍ）離れた位置での最大加速度Ａが距離によって減衰していく傾向を表している。
ｌｏｇ（Ａ）＝ｂ－ｌｏｇ（Ｘｚ＋ｃ）－０．００３Ｘ （ｂ、ｃは地震の大きさに関する係数）

【0022】

ここで距離が近い場合では、第２項の－０．００３Ｘが無視でき、最大加速度がＸの一次式の逆数に比例する。また、最大加速度とその地点でのエネルギーが比例すると考え、これを重錘から石炭が受けるエネルギーに展開すると、重錘の落下地点からＬｉ（ｍ）離れた位置で石炭が受けるエネルギーはＬｉの一次式の逆数：１／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）に比例すると考えられる。

【0023】

入側端部のスタンパーにおいてスタンピング速度を増加させる方法、スタンパーの重量を重くして加圧エネルギーを増加させる方法、石炭の投入量を低下させる方法、あるいはこれらを組み合わせた方法により、ΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）をＥｔよりも大きくできる。すなわち、上記いずれかの方法で、目標密度に達するまでの石炭重量当たりのスタンピングエネルギーを局所的に大きくすることができ、式（１）のようにΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）をＥｔよりも大きくすることが可能である。

【実施例0024】

実施例として、－３ｍｍの割合を９０％、含水率を１０％に調整した石炭を用いて、スタンピングエネルギーＥを３００～７００（ｋＪ／ｔ）の範囲で変化させた時の石炭ケーキ密度ρを調査した。その結果を、石炭のオフライン試験におけるスタンピングエネルギーと石炭ケーキ密度との関係として、以下の表１および図３に示す。図３のグラフから、この石炭の場合、例えば１１００（ｋｇ／ｃｍ^３）の目標密度を得るための目標スタンピングエネルギーＥｔは、Ｅｔ＝５４７（ｋＪ／ｔ）となる。

【0025】

なお、上記石炭では、図３に示すように、石炭ケーキ密度をｙ、スタンピングエネルギーをｘとしたとき、ｙ＝５８５．５ｘ^０．１との式を求めることができる。ここで、係数５８５．５と指数０．１は、石炭の種類ごとに異なる値をとる。そのため、係数をａ、指数をｂとすれば、石炭の種類によらず、石炭ケーキ密度とスタンピングエネルギーとの関係を、ｙ＝ａｘ^ｂと示すことができる。

【0026】

【表1】

【0027】

好適な一実施形態として、以下の式（１）の条件を満たすことがある：Ｅｔ≦ΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）・・・・（１）ここで、Ｅｉ：ｉ番目のスタンパーから石炭ケーキ入側端部に伝わるスタンピングエネルギー（ｋＪ／ｔ）、Ｌｉ：ｉ番目のスタンパー端部までの炉頂方向距離（ｍ）、ａ、ｂ：石炭毎に定まる係数。

【0028】

ここで、スタンピングする石炭にマーカーを等間隔に配置する等の手段により計算した減衰係数がａ＝０．２、ｂ＝１．０となる場合、さらに石炭ケーキ端部から５ｃｍの位置からスタンパーの長さ４０ｃｍのハンマー１、２、３、４・・・が１０ｃｍ間隔で３０個並んでいる場合において、スタンピングエネルギーの分布は図４のようになる。

【0029】

上記の石炭を用いて、スタンプチャージ法に従って、スタンピング速度（回／秒）、スタンパーの加圧エネルギー（ｋＪ／回）、装炭速度（ｔ／秒）を種々に変化させて、Ｅｉ、Ｌｉ、Ｅｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）を計算して、３０個のスタンパーによるΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）を求め、比較例１、実施例１の石炭ケーキを成型した。そして、コークス炉の炭化室に装入した際の石炭ケーキ上層の崩落の有無を調査した。石炭ケーキの形状は、幅０．４３ｍ×長さ１５．４３ｍ×高さ６ｍであり、石炭を装入するホッパー高さは７ｍであった。以下、比較例１および実施例１の各種の成型条件および成型結果を、表２および表３として示す。

【0030】

【表2】

【0031】

【表3】

【0032】

図３のグラフから、石炭ケーキ入側端部で必要となる目標密度を達成するために必要なエネルギーはＥｔ＝５４７（ｋＪ／ｔ）である。表２に示す比較例１では、石炭ケーキ入側端部での３０個のスタンパーによるＥｔすなわちΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）が４３４ｋＪ／ｔであったため、石炭ケーキ入側端部での崩落が発生したことがわかる。一方、表３に示す実施例１では、石炭ケーキ入側端部での３０個のスタンパーによるＥｔすなわちΣＥｉ／（ａ×Ｌｉ＋ｂ）が５４７ｋＪ／ｔであったため、石炭ケーキ入側端部での崩落が発生しなかったことがわかる。

【0033】

なお、実施例１では、表３に示すように、石炭ケーキ入側に一番近いハンマー１のスタンピングエネルギーをＥｔ＝７２６ｋＪ／ｔ以上に調整することで、石炭ケーキ入側端部の目標密度を達成できることがわかる。これを実現する方法の一例として、本例では、ハンマー１の重量を他のハンマーに比べ４５％増加させ、１回の落下で与えるエネルギーを増加させる調整を実施している。

【0034】

以上のことから、石炭ケーキの入側端部において、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上であることで、石炭ケーキの入側端部における崩落のない石炭ケーキを得られることがわかった。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明のコークスの製造方法によれば、石炭ケーキの入側端部において、成型されるエネルギーが目標密度を達成するために必要なエネルギーＥｔ（ｋＪ／ｔ）以上でとする。これにより石炭ケーキの入側端部からの石炭ケーキの崩落を防ぐことができ、産業上有用である。

【符号の説明】

【0036】

１ コークス炉
２ 炭化室
２１ 装炭押出機
２１ａ 前端の可動扉
２１ｂ 後端の背面壁
２２ スタンパー
２３ 石炭
２４ 石炭ケーキ
２４ａ 石炭ケーキの入側端部
２５ ホッパー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】