JP2011111597A - Coke pusher apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炉体の下部に蓄熱室を有し、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列された室炉式コークス炉(以下、単に「コークス炉」という)において、炭化室で乾留して生成されたコークスを炭化室から押し出すためのコークス押し出し装置に関し、特に、押し出し負荷を低減して、炭化室の炉壁(側壁)の損傷を軽減し、炉壁の延命化を図ることができるコークス押し出し装置に関するものである。 The present invention relates to a chamber-type coke oven (hereinafter simply referred to as a “coke oven”) having a heat storage chamber at the lower part of the furnace body and alternately arranged with combustion chambers and carbonization chambers in the upper part. Regarding coke extrusion equipment for extruding coke generated by carbonization from a carbonization chamber, in particular, reducing the extrusion load, reducing damage to the furnace wall (side wall) of the carbonization chamber, and extending the life of the furnace wall. The present invention relates to a coke extrusion device that can perform the above.
コークス炉において、炭化室内で石炭を乾留して生成されたコークス(コークス塊)を押し出し装置を用いて炭化室から押し出す際に、炭化室内でコークスの押し詰まりを起こし、その結果、押し出し負荷が増大して、コークス炉炭化室の炉壁に大きな力が作用し、炉壁を損傷することがある。押し詰まりが甚だしい場合には、炉壁が破壊されたり、あるいは押し出し装置でコークスを押し出すことが不可能となり、炉の温度を下げてから、人力でコークスを掻き出したりしなければならない。このように押し詰まりが発生すると、炉壁の補修費が増大し、炉の停止による生産量の低減を余儀なくされる。 In the coke oven, when coke (coke lump) generated by carbonizing coal in the carbonization chamber is pushed out from the carbonization chamber using an extrusion device, the coke is clogged in the carbonization chamber, resulting in an increase in the extrusion load. As a result, a large force acts on the furnace wall of the coke oven carbonization chamber, and the furnace wall may be damaged. If the clogging is severe, the furnace wall will be destroyed, or it will be impossible to extrude coke with an extrusion device, and the coke must be scraped out manually after the furnace temperature is lowered. When clogging occurs in this way, the repair cost of the furnace wall increases, and the production amount is inevitably reduced by stopping the furnace.
このような問題に対して、押し出し負荷を低減し、炉壁の損傷を防止するための技術として、コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出し装置のラムヘッドを押し当てて炭化室からコークス塊を押し出すに際し、コークス塊に振動を付与しながら押し出しを行なうコークス押し出し技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to reduce the extrusion load and prevent damage to the furnace wall against such a problem, the coke lump of the extrusion device is pressed against the coke lump in the coking chamber of the coke oven to push out the coke lump from the carbonization chamber. At this time, a coke extrusion technique is known in which extrusion is performed while applying vibration to the coke mass (see, for example, Patent Document 1).
図5は、特許文献1に記載されているコークス押し出し装置の一例を示す側面図である。このコークス押し出し装置50は、ラムロッド52とラムヘッド53からなる押し出しラム51と、押し出しラム駆動装置(図示せず)を備えているとともに、炭化室11内のコークス塊12に押し当てられるラムヘッド53の押し当て面が、上下方向に、上部押し当て面53a、中間押し当て面53b、下部押し当て面53cの3個の押し当て面に分割されていて、その内の中間押し当て面(加振板)53bを加振ロッド55を介して押し出し方向に振動させるための加振機(加振モータまたは油圧加振機等)54がラムロッド52に取り付けられている。
FIG. 5 is a side view showing an example of a coke extrusion device described in Patent Document 1. As shown in FIG. The
そして、上記のように構成されたコークス押し出し装置50を用いて、加振機54で中間押し当て面(加振板)53bを押し出し方向に振動させて、コークス塊12に振動を付与しながら、ラムヘッド53を図5中に白矢印で示す向きに前進させることによって、コークス塊12と炭化室11の炉壁との間の摩擦が静摩擦から動摩擦に変化して、摩擦係数が低下し、それによって押し出し負荷が低減する。その結果、炉壁の損傷を抑止することができるものである。
Then, using the
ただし、図5に示したような、特許文献1に記載のコークス押し出し装置50においては、次のような問題がある。
However, the
ラムビーム52は炭化室11の内部に挿入されるため、幅が350mm程度しかなく、これに合わせて周辺設備も設計されている。そのため、加振機54が周辺設備と接触しないようにするためには、加振機54はこの幅よりはみ出すことができない。一方、コークス塊12に適切な振動を付与するために必要な加振力は数百kNである。
Since the
しかし、従来、これだけの加振力を発生する加振機で、350mm程度の幅に納まるようなコンパクトな加振機はなく、大規模な加振機を用いようとすると、大幅な設備改造を行なう必要がある。しかも、加振力が数百kNとなると疲労破壊の問題もでてくる。 However, there is no conventional shaker that can generate such an excitation force, and there is no compact shaker that fits in a width of about 350 mm. Need to do. In addition, when the excitation force is several hundred kN, there is a problem of fatigue failure.
また、加振機54の構造によっては設置場所が限られるため、ラム51の走行範囲全てにおいて追従することができず、途中でラムビーム52から切離す必要があるため、押し出しストローク全域で加振することができない。
Further, since the installation location is limited depending on the structure of the vibration exciter 54, it is not possible to follow the entire travel range of the
また、加振機54からの大きな加振力を後方からラム51先端の押し当て面(加振板)53bに伝達することになるが、その振動伝達部材(加振ロッド)55には常に大きな振動力がかかり、高強度が必要となる。
In addition, a large excitation force from the
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室内のコークス塊にラム先端のラムヘッドを押し当ててコークス塊を炭化室から押し出すコークス押し出し装置として、大幅な設備改造を行なうことなく、コンパクトな構造で、コークス塊に効果的に振動を付与することのできるコークス押し出し装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and as a coke extrusion device that pushes the ram head at the tip of the ram against the coke lump in the carbonization chamber of the coke oven and pushes the coke lump out of the carbonization chamber, a major facility modification An object of the present invention is to provide a coke extrusion device that can effectively impart vibration to a coke mass with a compact structure without performing the above.
本発明者らは、上記課題を解決するために、コンパクトな小出力の加振機で大きな加振力を発生させることを考えた。そして、そのために、小さな振動を大きくするものとして、共振現象を利用することにした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors considered generating a large excitation force with a compact, small-output vibration exciter. For this reason, the resonance phenomenon is used to increase the small vibration.
この着想に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。 Based on this idea, the present invention has the following features.
[1]コークス炉の炭化室内のコークス塊を押し出すコークス押し出し装置において、コークス塊に接してコークス塊に振動を伝える振動板と、該振動板とバネで接続された重りと、該重りに接続された加振装置とを備えていることを特徴とするコークス押し出し装置。 [1] In a coke extrusion apparatus for extruding a coke lump in a carbonization chamber of a coke oven, a diaphragm that contacts the coke lump and transmits vibrations to the coke lump, a weight connected to the diaphragm with a spring, and a weight connected to the weight A coke extrusion device comprising: a vibration exciter.
[2]前記重りと前記バネとの共振を利用して、前記重りに接続された加振装置の加振力を増幅してコークス塊に振動を伝えることを特徴とする前記[1]に記載のコークス押し出し装置。 [2] The method according to [1], wherein the vibration is transmitted to the coke block by amplifying a vibration force of a vibration device connected to the weight by using resonance between the weight and the spring. Coke extrusion equipment.
[3]前記加振装置の加振力を5倍以上に増幅してコークス塊に振動を伝えることを特徴とする前記[2]に記載のコークス押し出し装置。 [3] The coke extrusion device according to [2], wherein the vibration force of the vibration device is amplified five times or more to transmit vibration to the coke mass.
本発明においては、共振現象を利用することによって、コンパクトな小出力の加振機で大きな加振力を発生させることができる。したがって、加振機がラムビームの中に設置できる程度のコンパクトなものとなり、その加振機を用いることによって、現状のコークス押し出し装置を大きく改造することなく、コークス塊に適切な振動を付与することができる。また、加振機を途中でラムビームから切離す必要が無くなり、押し出しストローク全域で加振することが可能となる。 In the present invention, by utilizing the resonance phenomenon, a large excitation force can be generated with a compact small-output vibration exciter. Therefore, the exciter becomes compact enough to be installed in the ram beam, and by using the exciter, appropriate vibrations can be imparted to the coke mass without greatly modifying the current coke extrusion device. Can do. Further, it is not necessary to disconnect the vibrator from the ram beam in the middle, and it is possible to vibrate over the entire pushing stroke.
本発明では、共振現象を利用することによって、コンパクトな小出力の加振機で大きな加振力を発生させることができるようにしている。 In the present invention, by utilizing the resonance phenomenon, a large excitation force can be generated with a compact, small-output vibration exciter.
共振現象のもっとも簡単な例としては、図2に示す1次のマス・バネ系が良く知られている。 As the simplest example of the resonance phenomenon, a primary mass-spring system shown in FIG. 2 is well known.
この場合には、振動体の質量をM、バネ定数をKとすると、共振周波数f、共振角振動数ωnは下記の(1)式で与えられ、共振時の振幅は無限大となる。 In this case, assuming that the mass of the vibrating body is M and the spring constant is K, the resonance frequency f and the resonance angular frequency ωn are given by the following equation (1), and the amplitude at resonance is infinite.
現実に多く存在するのは、図3に示す粘性減衰要素が入った系(マス・バネ・粘性減衰系)である。 In reality, there are many systems (mass / spring / viscous damping system) including the viscous damping element shown in FIG.
この場合には、粘性減衰係数をCとすると、共振周波数f、共振角振動数ωnおよび共振時の振幅倍率Aは下記の(2)式、(3)式で与えられる。ここで、ζは減衰比であり、(4)式で示される。 In this case, assuming that the viscous damping coefficient is C, the resonance frequency f, the resonance angular frequency ωn, and the amplitude magnification A at resonance are given by the following equations (2) and (3). Here, ζ is an attenuation ratio, and is expressed by equation (4).
ここで、一例として減衰比ζの違いによる外力周波数fpと振動倍率Apの関係を図4に示す。図4から、減衰比ζを0.05程度にすることで、共振時(ここでは、外力周波数fp≒60Hz)の振幅倍率Aが10になることがわかる。すなわち、加えた力の10倍の力が発生することになる。言い換えれば、加えた力が10倍に増幅される。
Here, as an example, FIG. 4 shows the relationship between the external force frequency fp and the vibration magnification Ap due to the difference in the damping ratio ζ. FIG. 4 shows that the amplitude magnification A at resonance (here, external force frequency fp≈60 Hz) becomes 10 by setting the damping ratio ζ to about 0.05. That is, a
したがって、たとえば100kNの加振力が必要な場合、加振機からの出力は10kNであればよい。この10kNを加振機(加振モータ)で得るには、出力が5kNの加振機を2機用いることで済み、全幅300mm程度のものが存在する。 Therefore, for example, when an excitation force of 100 kN is required, the output from the shaker may be 10 kN. In order to obtain this 10 kN with a vibrator (vibration motor), it is only necessary to use two vibrators with an output of 5 kN, and there are those with a total width of about 300 mm.
本発明では、上記の知見をコークス押し出し装置に適用することにし、その一実施形態として図1に示すコークス押し出し装置20を想到した。
In the present invention, the above knowledge is applied to a coke extrusion apparatus, and as an embodiment, a
図1に示すように、この実施形態に係るコークス押し出し装置20は、ラムロッド22とラムヘッド23からなる押し出しラム21と、押し出しラム駆動装置(図示せず)を備えているとともに、ラムヘッド23の先端で炭化室11内のコークス塊12に接してコークス塊12に振動を伝える振動板23aと、バネ27と粘性減衰要素29によって振動板23aと接続された重り26と、重り23に振動伝達部材25を介して接続された加振装置(加振機)24と、振動板23aをコークス塊12に押し付けるために振動板23aとラムヘッド23の間に設置されたバネ28a、28bとを備えている。
As shown in FIG. 1, a
なお、粘性減衰要素29については、特に装置は必要でなく、バネ27やコークス押し出し装置20全体の固有に持つ減衰効果がこの代わりになる。
The
そして、例えば、コークス塊12に付与する加振力を100kN、加振周波数fpを50Hz、重り26の質量Mを1000kg、減衰比ζを0.05とすると、前記(2)式〜(4)式に基づいて、バネ27としてバネ定数Kが1×108N/mのバネを使用することで、共振時(共振周波数f≒50Hz)における振幅倍率Aは10となり、10kNの加振機24によってコークス塊12に付与が必要な加振力100kNを得ることができる。
For example, when the excitation force applied to the
また、加振機24と重り26をつなぐ振動伝達部材25は、コークス塊12に付与する加振力の1/10の加振力を伝達すればよく、強度の低い部材で可能になる。加振機24は熱に弱いため、できる限りラムロッド22の後端に設置することが望ましく、振動伝達部材25の長さが長くなるが、その強度を下げることで設計が容易になる。
Further, the
このようにして、この実施形態においては、共振現象を利用することによって、コンパクトな小出力の加振機24で大きな加振力を発生させることができる。例えば、10kNの加振機24から100kNに増幅された加振力を得ることができる。したがって、加振機24がラムビーム22の中に設置できる程度のコンパクトなものとなり、その加振機24を用いることによって、現状のコークス押し出し装置を大きく改造することなく、コークス塊12に適切な振動を付与することができる。
In this way, in this embodiment, a large excitation force can be generated by the compact small-
また、コークスが押し詰まると、振動板23aが強固に固定され、重り26とバネ27が共振を始め、エネルギーが蓄積されやがて加振力が増大し、押し詰まりが解消され、目的を達成する。押し詰まりが発生しない場合には振動板23aが強くコークスに押し付けられず、共振が発生しないあるいは小規模になるため、加振力が大きくならず不用意に機械的な負荷を大きくすることがなく、好都合である。これにより、押し出し開始時に常に加振を開始しても、押し詰まりが発生しなければ加振力が大きくならずにすむため、振動負荷による機械への影響を最小限にすることが出来、押し出し時に常に加振をかけておき、押し詰まりを予防するのに好都合である。
Further, when the coke is jammed, the
11 コークス炉の炭化室
12 コークス塊
20 コークス押し出し装置
21 押し出しラム
22 ラムロッド
23 ラムヘッド
23a 振動板
24 加振装置(加振機)
25 振動伝達部材
26 重り
27 バネ
28a、28b バネ
29 粘性減衰要素
50 コークス押し出し装置
51 押し出しラム
52 ラムロッド
53 ラムヘッド
53a 上部押し当て面
53b 中間押し当て面(加振板)
53c 下部押し当て
54 加振機
55 加振ロッド
DESCRIPTION OF
25
53c Lower pushing 54
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