JP2010209267A - 成型コークスの製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】成型コークスを製造するに際して、製品の水分の上昇を伴うことなく竪型シャフト炉内への空気流入を抑制し、また、製品を室温程度にまで冷却することのできる成型コークスの製造設備を提供すること。
【解決手段】炭素含有物質の成型物を乾留して成型コークスを製造するための設備であって、成型物を乾留して成型コークスを製造する竪型乾留炉２と、乾留炉２の下部に設置され、乾留炉２から排出された成型コークスを冷却するための乾式冷却装置３とを備えることを特徴とする成型コークスの製造設備を用いる。乾式冷却装置３内が窒素雰囲気であり、竪型乾留炉２と乾式冷却装置３との接続部分が二重の遮断弁で遮断されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素含有物質の成型物を竪型乾留炉で乾留する成型コークスの製造設備に関する。

高炉の操業を効率よく行うために、石炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークスを高炉に装入する操業が行われている。高炉内でのコークスには、高炉内の通気をよくするためのスペーサーの役割、還元材としての役割、熱源としての役割などがある。

近年、室炉式コークス製造方法に代わるコークス製造方法として、連続式成型コークス製造法が開発されている。連続式成型コークス製造法では、乾留炉として、珪石煉瓦ではなくシャモット煉瓦にて構成される竪型シャフト炉を用い、石炭を冷間で所定の大きさに成型後、竪型シャフト炉に装入し、循環熱媒ガスを用いて加熱することにより成型炭を乾留し、成型コークスを製造する。成型コークスは竪型シャフト炉内を降下しながら竪型シャフト炉底部より送風される冷却ガスにより冷却されて、炉外へ排出される（例えば、非特許文献１参照。）。成型コークスの場合、石炭の成型物が原料となるため資源埋蔵量が豊富で安価な非微粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されている。

連続式成型コークス製造技術の研究成果報告書 日本鉄鋼協会 １９８２年、Ｐ．５０の図２７

非特許文献１に記載の連続式成型コークス製造法の竪型シャフト炉は中段以上の加熱乾留部、中段以下の冷却ガスによる冷却部で構成され、竪型シャフト炉下部の排出部は水封されている。水冷される目的は、竪型シャフト炉内で成型コークスが十分に冷却されなかった場合の対策や竪型シャフト炉内への空気流入を抑制するための対策である。空気の流入を許すと竪型シャフト炉内で成型コークスが空気と反応し燃焼及び品質低下が起こる。

しかし、成型コークスを水冷すると、竪型シャフト炉内で十分に冷却されずに排出された成型コークスが発生した場合、水との温度差によって急冷されて、亀裂を生じ強度低下する恐れがある。また、成型コークスの水分が高くなるため、高炉に装入する際の持ち込み水分が増加し高炉への投入エネルギーが増加するという問題もある。

そこで本発明では、成型コークスを製造するに際して、製品の水分の上昇を伴うことなく竪型シャフト炉内への空気流入を抑制し、また、製品を室温程度にまで冷却することのできる成型コークスの製造設備を提供することを目的とする。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）炭素含有物質の成型物を乾留して成型コークスを製造するための設備であって、前記成型物を乾留して成型コークスを製造する竪型乾留炉と、該乾留炉の下部に設置され、該乾留炉から排出された前記成型コークスを冷却するための乾式冷却装置とを備えることを特徴とする成型コークスの製造設備。
（２）乾式冷却装置内が窒素雰囲気であり、竪型乾留炉と前記乾式冷却装置との接続部分が二重の遮断弁で遮断されていることを特徴とする（１）に記載の成型コークスの製造設備。
（３）遮断弁がダンパー式であることを特徴とする（２）に記載の成型コークスの製造設備。
（４）遮断弁がスライド部分を有するスライド式であり、前記スライド部分に窒素パージノズルを具備していることを特徴とする（２）に記載の成型コークスの製造設備。

本発明によれば、成型コークスの水分上昇を伴うことなく竪型シャフト炉内への空気流入を抑制し、成型コークスを十分に冷却することが可能であり、製品強度を維持した成型コークスを製造することができる。

本発明の一実施形態を示す図。 乾式冷却装置の概略図。 成型コークスを水冷により排出した場合を想定した、浸水時間と還元率の関係を示すグラフ。

石炭等の炭素含有物質を成型し、乾留して得られる成型コークスを製造する際に、乾留炉内部への外気（空気）の流入を抑制する方法として水封による方法が考えられる。しかし、被冷却物である成型コークスと水との温度差によっては成型コークスが急激に冷却されて、亀裂を生じ強度低下の要因となる。そこで、水封以外の方法を用いる必要がある。本発明では、製品強度および製品の水分を上昇させることなく、製品を排出することができる方法として、乾式排出方法を用いることとし、竪型乾留炉を用いて成型コークスの製造を行なう際に、竪型乾留炉の下部に乾式冷却装置を設けることにより成型乾留物の冷却が可能なことを見出した。さらに検討を進めた結果、乾式冷却装置内が窒素雰囲気であり、竪型乾留炉と乾式冷却装置との接続部分が二重の遮断弁で遮断されていることが好ましいことが分かった。

二重の遮断弁はダンパー式またはスライド式であることが好ましい。遮断弁がスライド部分を有するスライド式である場合は、スライド部分に窒素パージノズルを具備していることが好ましい。窒素パージノズルによりスライド部分に残留した成型コークスを除去することで、遮断弁の故障を防止し、スライド部分の開閉をスムーズに維持することができる。

本発明について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の一実施形態を示す。成型コークス原料を乾留する竪型乾留炉本体２の下部に乾式冷却装置３が設置されている。乾式冷却装置３の詳細は後述する。

図１の設備を用いて成型コークスを製造する際には、まず乾留の前工程である成型工程において、石炭等の炭素含有物質を用いて、所定の条件で成型された成型物は、成型物装入装置１に送り込まれ、所定量の成型物が竪型乾留炉本体２に装入される。成型物は低温ガス吹き込み羽口４および高温ガス吹き込み羽口５から吹き込まれた加熱ガスにより乾留され、成型物中の炭素分はコークスとなる。竪型乾留炉本体２からの排出ガスは、循環ガス冷却装置８、９でタール除去、冷却され、低温ガス加熱装置１０および高温ガス加熱装置１１で加熱されて、循環ガスとして乾留炉本体２に送り込まれる。乾留された成型物（成型コークス）は、循環ガス冷却装置８、９でタール除去、冷却されたガスの一部を冷却媒体として使用し、冷却される。冷却ガス吹き込み羽口７から吹き込まれた冷却ガスにより冷却され、乾式冷却装置３へ排出される。冷却ガス吹き込み羽口７から吹き込まれた冷却ガスは、乾留された高温の成型物（成型コークス）と熱交換しながら、成型コークスを冷却し、熱交換により加熱されたガスは冷却ガス抜き出し羽口６から抜き出され、低温ガス吹き込み羽口４に送り込まれ、成型物の乾留熱として使用される。

図２に乾式冷却装置の一実施形態の概略図を示す。乾式冷却装置３は上部ホッパー２１と中間ホッパー２４と下部ホッパー２７とからなり、上部ホッパー２１と中間ホッパー２４との間に上部ゲート弁２２と上部シール弁２３とが、中間ホッパー２４と下部ホッパー２７との間に下部ゲート弁２５と下部シール弁２６とが設置され、上部と下部との二重遮断弁として構成されている。また下部ホッパー２７の出口部分にはストップ弁２８が設置されている。さらに上部ゲート弁２２と上部シール弁２３との間に窒素ガスＮ１の吹き込み口が、中間ホッパー２４に窒素ガスＮ２の吹き込み口が、下部ゲート弁２５と下部シール弁２６との間に窒素ガスＮ３の吹き込み口が、下部ホッパー２７に窒素ガスＮ４の吹き込み口が、それぞれ設置されている。

このような二重遮断弁を有する乾式冷却装置を用いて以下のようにして成型コークスを竪型乾留炉本体から排出する。竪型乾留炉本体で乾留、冷却された成型コークスＸは上部ホッパー２１に送り込まれる。上部ホッパー２１に送り込まれた成型コークスは、上部ゲート弁２２を開くことにより上部シール弁２３上に送り込まれる。その後、上部ゲート弁２２は閉じられ、Ｎ１から窒素が吹き込まれ、空間ガスが窒素に置換される。窒素ガスへの置換完了後、上部シール弁２３が開き、成型コークスは中間ホッパー２４に送り込まれる。成型コークスが中間ホッパー２４に送り込まれた後、上部シール弁２３を閉じ、Ｎ２から窒素が吹き込まれる。冷却された成型コークスは下部ゲート弁２５を開くことにより下部シール弁２６上に送り込まれる。その後、下部ゲート弁２５は閉じられ、Ｎ３から窒素が吹き込まれ、空間ガスが窒素に置換される。窒素ガスへの置換完了後、下部シール弁２６が開き、成型コークスは下部ホッパー２７に送り込まれる。その後ストップ弁２８を開いて成型コークスＹは排出される。このように二重遮断弁の開閉、窒素ガスの吹き込みタイミングを制御することで、乾留された成型コークスは冷却され、また、外気（空気）を乾留炉内部に巻き込むことも無く排出することが可能となる。

本発明の成型コークスの製造設備は、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留する際にも用いることができる。

乾式冷却装置を用いた窒素冷却の効果をより明確にするため、石炭と鉄鉱石を混合して成型した鉄含有物質の成型物をシャフト炉で乾留後、成型物を浸水した後に乾燥して、成型物の還元率を測定した。結果を図３に示す。乾留直後の成型物の温度は約２００℃であり、成型物を５〜３０分間水冷した後、１００℃で１時間乾燥した成型物の還元率を測定した。一部の成型物については、水冷後に室温で２４時間乾燥して還元率を測定した。

図３によれば、浸水前の、乾留直後（窒素冷却済）の成型物の還元率は９８．３％だったが、浸水すると還元率７０〜９０％に低下しており、水冷により金属鉄の再酸化が起きることが明確になった。

１ 成型物装入装置
２ 竪型乾留炉本体
３ 乾式冷却装置
４ 低温ガス吹き込み羽口
５ 高温ガス吹き込み羽口
６ 冷却ガス抜き出し羽口
７ 冷却ガス吹き込み羽口
８ 循環ガス冷却装置
９ 循環ガス冷却装置
１０ 低温ガス加熱装置
１１ 高温ガス加熱装置
２１ 上部ホッパー
２２ 上部ゲート弁
２３ 上部シール弁
２４ 中間ホッパー
２５ 下部ゲート弁
２６ 下部シール弁
２７ 下部ホッパー
２８ ストップ弁
Ｎ１ 窒素ガス
Ｎ２ 窒素ガス
Ｎ３ 窒素ガス
Ｎ４ 窒素ガス
Ｘ 成型コークス
Ｙ 成型コークス

Claims (4)

1. 炭素含有物質の成型物を乾留して成型コークスを製造するための設備であって、前記成型物を乾留して成型コークスを製造する竪型乾留炉と、該乾留炉の下部に設置され、該乾留炉から排出された前記成型コークスを冷却するための乾式冷却装置とを備えることを特徴とする成型コークスの製造設備。
2. 乾式冷却装置内が窒素雰囲気であり、竪型乾留炉と前記乾式冷却装置との接続部分が二重の遮断弁で遮断されていることを特徴とする請求項１に記載の成型コークスの製造設備。
3. 遮断弁がダンパー式であることを特徴とする請求項２に記載の成型コークスの製造設備。
4. 遮断弁がスライド部分を有するスライド式であり、前記スライド部分に窒素パージノズルを具備していることを特徴とする請求項２に記載の成型コークスの製造設備。

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