JP2014210838A - Backstay structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コークス炉のような炉の炉壁を支持するバックステー構造に関するものである。 The present invention relates to a backstay structure that supports a furnace wall of a furnace such as a coke oven.
従来の室炉式コークス炉は、主構造として、石炭を乾留する炭化室、燃料ガスを燃焼させる燃焼室、燃料ガスおよび燃焼空気を予熱する蓄熱室からなる。そして、蓄熱室の上に炭化室と燃焼室が交互に配置され、全体で炉体を形成している。この炉体の前面および後面には、図12に示すように、蓄熱室1上部の炉壁レンガ2を押さえるためにヘッドプレート3やフラッシュプレート4などの炉体金物が設置され、それをバックステー5が保持し、さらにこのバックステー5を炉頂部に配置したクロスタイロッド6、炉下部に配置したアンカーボルト7で締め付けることにより炉体8を保持している。なお、図12では炉体の前面側部について図示してあり、後面側部については前面側部と同様の構造のため図示を省略している。
A conventional chamber-type coke oven has, as its main structure, a carbonization chamber for carbonizing coal, a combustion chamber for burning fuel gas, and a heat storage chamber for preheating fuel gas and combustion air. And the carbonization chamber and the combustion chamber are alternately arranged on the heat storage chamber, and the furnace body is formed as a whole. As shown in FIG. 12, furnace body hardware such as a
しかしながら、操業を続けていくうちに、バックステーが少しずつ変形して炉体を十分に保持できない部分が生じ、炉壁レンガの目地切れやガスシールの損傷が発生する。その結果、石炭の乾留で発生する乾留ガスがこうした隙間から漏れ、それに着火して火炎が発生すると、図13に示すように、火炎に炙られたバックステー5がくの字状に変形して外側に大きく張り出すといった致命的な損傷を生じる。この発生メカニズムは、バックステー5の火炎に炙られた部分が局所的に塑性化することによって剛性が低下し、また、熱膨張によって伸びようとするものの上下の端部拘束によって妨げられ、軸圧縮力が発生して外側に張り出すというものである。
However, as the operation continues, the backstay is gradually deformed, resulting in a portion that cannot sufficiently hold the furnace body, resulting in breakage of the furnace wall bricks and damage to the gas seal. As a result, when carbonization gas generated by coal carbonization leaks from these gaps and ignites to generate a flame, the
このような場合には従来、揚重機に備わるブームを伸ばし、ブームの先端に取り付けた縛着治具で既存のバックステーを保持しつつ、不良部分を人力によるガス切断などで切り出し、切り出した部分を揚重機で吊り下げて撤去した後、代わりに新しいバックステー用鋼材を揚重機で吊り下げて切断箇所に組み込み、溶接などによって接合するようにしていた。 In such a case, conventionally, the boom provided in the lifting machine is extended, the existing back stay is held with the binding jig attached to the tip of the boom, and the defective part is cut out by manual gas cutting etc. Was suspended by a lifting machine and removed, and instead, a new steel material for backstay was suspended by a lifting machine and incorporated into a cut portion and joined by welding or the like.
これに対して、特許文献1では、コークス炉のプラットフォーム上を移動可能な親台車上に、コークス炉の炉長方向に前後進自在で、バックステーの固定手段を取り付けた子台車が載置されたバックステー交換装置が提案されている。このバックステー交換装置を用いれば、揚重機の配置ができない状況でも、バックステーの交換作業を容易に行なうことができる。
On the other hand, in
ところで、上記の特許文献1のバックステー交換装置を用いたとしても、バックステーの不良部分を人力によるガス切断などで切り出し、切り出した部分を撤去した後、新しいバックステー用鋼材を切断箇所に組み込んで溶接などによって接合する必要がある。この場合には、不良部分の調査、部分的に交換するための新しいバックステーの設計および製作、施工作業など多くの作業手間と費用を必要とし、また、施工作業の期間中は、操業に制限が生じるなどの問題が発生する。しかしながら、そもそも火炎に炙られてもバックステーが外側に張り出し変形しなければ、バックステーの交換に関わる作業手間や費用が掛からないので合理的である。このため、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステーの張り出し変形を抑制するための技術が求められていた。
By the way, even if it uses the backstay exchange apparatus of said
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こる張り出し変形を抑制するバックステー構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a backstay structure that suppresses overhang deformation caused by thermal expansion due to the heat of a flame or the like.
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るバックステー構造は、コークス炉の炉壁に沿って設置されるバックステー構造であって、前記バックステーは、その外側面の一部に設置したタイロッド定着板を介してタイロッドにより前記炉壁に固定され、前記バックステーと前記炉壁との間、前記バックステーと前記タイロッド定着板との間のそれぞれに、前記バックステーの延在方向への熱膨張による変形を許容しつつ支圧力を伝達するベアリング部材を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a backstay structure according to the present invention is a backstay structure installed along a furnace wall of a coke oven, and the backstay has an outer surface. It is fixed to the furnace wall by a tie rod through a tie rod fixing plate installed in a part, and between the back stay and the furnace wall, and between the back stay and the tie rod fixing plate, A bearing member that transmits a support pressure while allowing deformation due to thermal expansion in the extending direction is provided.
また、本発明に係る他のバックステー構造は、上述した発明において、前記ベアリング部材を、薄板で構成したことを特徴とする。 Another backstay structure according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the bearing member is formed of a thin plate.
また、本発明に係る他のバックステー構造は、上述した発明において、前記ベアリング部材を、薄板状のドライベアリングを2枚重ねたもので構成したことを特徴とする。 Another backstay structure according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the bearing member is constituted by two thin plate-shaped dry bearings stacked.
また、本発明に係る他のバックステー構造は、上述した発明において、前記炉壁と前記薄板との間、前記タイロッド定着板と前記薄板との間の少なくとも一方に熱間潤滑材を塗布または充填したことを特徴とする。 Another backstay structure according to the present invention is the above-described invention, wherein in the above-described invention, hot lubricant is applied or filled between at least one of the furnace wall and the thin plate and between the tie rod fixing plate and the thin plate. It is characterized by that.
また、本発明に係る他のバックステー構造は、上述した発明において、前記炉壁に沿って隣接して設置した前記バックステーを複数の横つなぎ材で繋いだことを特徴とする。 Another backstay structure according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the backstays installed adjacent to each other along the furnace wall are connected by a plurality of horizontal connecting members.
本発明によれば、コークス炉の炉壁に沿って設置されるバックステー構造であって、前記バックステーは、その外側面の一部に設置したタイロッド定着板を介してタイロッドにより前記炉壁に固定され、前記バックステーと前記炉壁との間、前記バックステーと前記タイロッド定着板との間のそれぞれに、前記バックステーの延在方向への熱膨張による変形を許容しつつ支圧力を伝達するベアリング部材を設けたので、熱膨張によるバックステーの伸びを延在方向に逃がすことができる。これにより、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステーの外側への張り出し変形を抑制することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is a back stay structure installed along the furnace wall of the coke oven, and the back stay is attached to the furnace wall by a tie rod via a tie rod fixing plate installed on a part of the outer surface thereof. The support pressure is transmitted between the back stay and the furnace wall and between the back stay and the tie rod fixing plate while allowing deformation due to thermal expansion in the extending direction of the back stay. Since the bearing member to be provided is provided, the extension of the backstay due to thermal expansion can be released in the extending direction. Thereby, there is an effect that it is possible to suppress the outward deformation of the backstay caused by the thermal expansion due to the heat of the flame or the like.
以下に、本発明に係るバックステー構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では室炉式コークス炉の炉壁に沿って設置されるバックステーの場合を例にとり説明する。また、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a backstay structure according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, an example of a backstay installed along the furnace wall of a chamber-type coke oven will be described. Moreover, this invention is not limited by this embodiment.
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1について説明する。
図1に示すように、室炉式コークス炉の蓄熱室10上部の炉壁レンガ12の側面にはヘッドプレート14およびフラッシュプレート16が設置されており、フラッシュプレート16はH形鋼(鋼材)からなる柱状の2本のバックステー18により保持されている。バックステー18は炉上部に配置されるクロスタイロッド定着板20(タイロッド定着板)を介してクロスタイロッド22(タイロッド)により天井レンガ24に締め付け固定されるとともに、炉下部に配置されるアンカーボルト26によって炉体28に締め付け固定されている。ここで、炉上部のバックステー18のフランジにはクロスタイロッド22を通すための切り欠き部30が設けてあり、クロスタイロッド定着板20はバックステー18の外側フランジ外面18aに配置される。
(Embodiment 1)
First,
As shown in FIG. 1, a
本実施形態1に係るバックステー構造100は、バックステー18が延在する一般部におけるバックステー18とフラッシュプレート16との間、炉上部のクロスタイロッド定着部におけるバックステー18とクロスタイロッド定着板20との間のそれぞれに、ベアリング部材32を設けたものである。ベアリング部材32は、バックステー18の上方向(延在方向)への熱膨張による変形を許容しつつ支圧力を伝達するものであり、本実施形態1では薄板で構成してある。この具体的な構成について図2、図3を参照しながら説明する。
The
図2に示すように、バックステー18が延在する一般部においては、フラッシュプレート16とバックステー18の炉壁側フランジ外面18bとの間にベアリング部材32としての薄板34が設置されており、バックステー18が熱膨張した際に、バックステー18は薄板34により支圧力が伝達されたまま、熱膨張による上方向への伸張変形(スライド変形)が可能な状態になっている。ここで、薄板34としては、例えば、耐食性や耐熱性の高いステンレス鋼を用いることが可能である。また、薄板34の厚さは1〜6mm程度とすることが好ましく、熱膨張の観点から長さ30〜50cm程度に分割し、適宜間隔をあけて配置するのが望ましい。薄板34の設置範囲としては、図1ではバックステー全体にわたって設置した例を示したが、これに限るものではなく、一般に火炎の発生は炉上部で生じる場合が多いので、バックステー18の上部など一部だけに設置してもよい。
As shown in FIG. 2, in the general part where the
図3に示すように、クロスタイロッド定着部においては、天井レンガ24の側面24aとバックステー18の炉壁側フランジ外面18bとの間、および、バックステー18の外側フランジ外面18aとクロスタイロッド定着板20との間にベアリング部材32としての薄板34が設置されている。このため、バックステー18が熱膨張した際に、バックステー18はそれぞれの薄板34により支圧力が伝達されたまま、熱膨張による上方向への伸張変形(スライド変形)が可能な状態になっている。ここで、図1および図3に示されるクロスタイロッド定着部の切り欠き部30は、バックステー18の各フランジ18a、18bに設けるものであるが、切り欠き部30の上下方向の長さは、バックステー18の熱膨張による上方向への伸張変形を阻害しないように、余裕を見込んだ長さ(例えば50mm程度)に設定するのが望ましい。また、バックステー18の上部にドライメーンなどの他の設備を設置している場合には、バックステー18の所定長さ(例えば50mm程度)の伸張変形に追従できるようにしておくのが好ましい。なお、炉下部のアンカーボルト26については、従来構造と同様に固定としておくのが好ましい。
As shown in FIG. 3, in the cross tie rod fixing portion, between the
なお、バックステー18は、炉体を保持するのに十分な強度と剛性を確保するという理由から、鋼材を用いるのが好ましい。用いる鋼材の材質は、SS材、SM材、SN材など一般的な物でよい。これら材質の、H形鋼、溝形鋼、山形鋼などの形鋼、フラットバー、ビルトHなどの溶接材、鋳物等を、そのまま又は加工することにより用いることができる。
The
このように、本実施形態によれば、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステーの張り出し変形を抑制することができるので、バックステーの不良部分を交換する必要がなくなる。したがって、従来バックステーを交換する際に必要となっていた不良部分の調整、新しいバックステー設計、製作、施工に要する作業手間と費用を削減でき、さらに、その間の操業停止による機会損失をなくすことができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the overstaying deformation of the backstay caused by the thermal expansion due to the heat of the flame and the like, and thus it is not necessary to replace the defective portion of the backstay. Therefore, it is possible to reduce the labor and cost required for the adjustment of defective parts, new backstay design, production, and construction, which were necessary when replacing the backstay, and eliminate the opportunity loss due to the operation stop during that time. Can do.
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。
本実施形態2に係るバックステー構造200は、上記の実施形態1のベアリング部材32を、薄板34の代わりに、薄板状のドライベアリングを2枚重ねたもので構成したものである。
(Embodiment 2)
Next,
The
この場合、図4に示すように、一般部においては、フラッシュプレート16とバックステー18の炉壁側フランジ外面18bとの間に薄板状のドライベアリング36を2枚重ねて設置する。また、図5に示すように、クロスタイロッド定着部においては、天井レンガ24の側面24aとバックステー18の炉壁側フランジ外面18bとの間、および、バックステー18の外側フランジ外面18aとクロスタイロッド定着板20との間に薄板状のドライベアリング36を2枚重ねて設置する。設置した2枚のドライベアリング36間でスライド可能とすることで、バックステー18の熱膨張による伸張変形(スライド変形)の際のスライド面の滑り性能が格段に向上する。このため、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステー18の張り出し変形をより一層抑制することができる。
In this case, as shown in FIG. 4, in the general portion, two thin plate-like
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3について説明する。
本実施形態3に係るバックステー構造300は、上記の実施形態1において、一般部のフラッシュプレート16と薄板34との間、クロスタイロッド定着部のクロスタイロッド定着板20と薄板34との間の少なくとも一方に熱間潤滑材を塗布または充填したものである。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
The
この場合、例えば図6に示すように、一般部においては、フラッシュプレート16と薄板34との間に熱間潤滑材38を塗布または充填して設置する。また、図7に示すように、クロスタイロッド定着部においては、天井レンガ24の側面24aと薄板34との間、および、クロスタイロッド定着板20と薄板34との間に熱間潤滑材38を塗布または充填して設置する。こうすることで、バックステー18の熱膨張による伸張変形(スライド変形)の際のスライド面の滑り性能をさらに向上することができる。このため、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステー18の張り出し変形をより一層抑制することができる。ここで、熱間潤滑材38としては、高温下において潤滑性を発揮する軟質金属、耐熱性の高い二硫化モリブデンなどを配合した、800℃程度までの高温下でも使用できる高温用ベントングリースなどを用いることができる。
In this case, for example, as shown in FIG. 6, in the general part, a
次に、本発明によるバックステーの張り出し変形量を最小限に抑えるメカニズムを図8を参照しながら説明する。
本発明では、バックステー18の火炎に炙られた部分が熱膨張により伸びようとする場合に、バックステー18とフラッシュプレート16との間、バックステー18と天井レンガ24の側面24aとの間、バックステー18とクロスタイロッド定着板20との間にそれぞれ設けたベアリング部材32によってバックステー18は円滑に上方向にスライド変形可能な状態になっている。したがって、熱膨張によるバックステー18の伸びを上方に逃がすことができる。これにより、バックステー18の外側への張り出し変形量を最小限に抑えることができる。
Next, a mechanism for minimizing the amount of deformation of the backstay according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present invention, when the portion of the
ここで、ベアリング部材32として薄板34を採用するとともに、この薄板34とフラッシュプレート16との間、薄板34と天井レンガ側面24aとの間、薄板34とクロスタイロッド定着板20との間に熱間潤滑材38(図6および図7を参照)をそれぞれ塗布または充填した場合には、各間のスライド面の摩擦力が小さくなるため、バックステー18の上方向へのスライド変形がより一層スムーズになる。
Here, a
次に、本発明による効果および効果が発揮される好適な条件を確認するために行った解析について説明する。この解析モデルを図9に示す。この解析では、バックステー1本をシェル要素、レンガ(炉壁)の一部をソリッド要素でモデル化した簡易モデルを用い、ヘッドプレート、フラッシュプレートは省略した。また、バックステーとレンガとの境界部に、接触時に支圧力のみを伝達するインターフェイス要素を用いた。 Next, the analysis performed in order to confirm the effect by this invention and the suitable conditions where an effect is exhibited is demonstrated. This analysis model is shown in FIG. In this analysis, a simple model in which one backstay was modeled as a shell element and part of a brick (furnace wall) as a solid element was used, and the head plate and flash plate were omitted. In addition, an interface element that transmits only the supporting pressure at the time of contact is used at the boundary between the backstay and the brick.
バックステーについては、H400×150×14×28で高さ9300mmのSS400製H形鋼とし、鋼材の応力−ひずみ関係については、下記の参考文献1で提案されたものを用いた。レンガについては、ヤング率:2011N/mm2、ポアソン比0.23の仮定値を用いた。
The back stay was H400 × 150 × 14 × 28 and an SS400 H-section steel with a height of 9300 mm, and the stress-strain relationship of the steel material was the one proposed in
[参考文献1] 日本建築学会、鋼構造耐火設計指針、pp.15−17、1999年 [Reference 1] Architectural Institute of Japan, Steel Structure Fireproof Design Guidelines, pp. 15-17, 1999
図10に、変形モード(変形倍率20倍)を比較した解析結果を示す。ここで、図10(a)は従来の構造を模擬したものであり、上端をピン固定としてバックステーの上端を拘束して上方にスライドしないようにした場合である。また、図10(b)は本発明を模擬したものであり、上端をスライド自在(開放端)としてバックステーが上方にスライドできるようにした場合である。なお、この解析では、上端から2500mmの位置に、700℃で上下幅400mmの火炎が生じたものと仮定した。 FIG. 10 shows an analysis result comparing the deformation modes (deformation magnification of 20 times). Here, FIG. 10A is a simulation of a conventional structure, in which the upper end is fixed to a pin and the upper end of the backstay is restrained so as not to slide upward. FIG. 10B is a simulation of the present invention, in which the upper end is slidable (open end) and the backstay can be slid upward. In this analysis, it was assumed that a flame having a vertical width of 400 mm was generated at 700 ° C. at a position of 2500 mm from the upper end.
従来の構造を模擬した図10(a)の場合には、熱膨張と高温時の剛性低下によってバックステーが67.3mm外側に張り出すのに対し、本発明を模擬した図10(b)の場合には、バックステーが上方に15.6mmスライドすることによって、外側への張り出し変形量を小さくすることができることがわかる。 In the case of FIG. 10A simulating the conventional structure, the back stay protrudes outside by 67.3 mm due to thermal expansion and lowering of rigidity at high temperature, whereas FIG. 10B simulating the present invention. In this case, it can be seen that the amount of outward deformation can be reduced by sliding the backstay upward by 15.6 mm.
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4について説明する。
図11に示すように、本実施形態4に係るバックステー構造400、401は、上記の実施形態1〜3において、炉壁のフラッシュプレート16に沿って隣接して設置したバックステー18を複数の横つなぎ材40で繋いで拘束したものである。ここで、図11(a)は横つなぎ材40を筋交い状に複数配置したバックステー構造400を示しており、図11(b)は横つなぎ材40をジグザグ状に配置したバックステー構造401を示している。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 11, the
横つなぎ材40としては、溝形鋼、山形鋼、H形鋼、フラットバーなどの鋼材を用いることができ、溶接やボルト接合などによりバックステー18に接合する。横つなぎ材40は、バックステー全体に設置してもよいが、火炎の発生は上部で生じる場合が多いので、バックステー18の上部など一部だけに設置してもよい。これにより、バックステー18が火炎に炙られて局部的な塑性化が生じた場合でも、横つなぎ材40により、塑性化した部位の剛性低下を周辺の弾性域で補うことができる。したがって、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステー18の張り出し変形をより一層抑制することができる。
As the horizontal connecting
以上説明したように、本発明によれば、コークス炉の炉壁に沿って設置されるバックステー構造であって、前記バックステーは、その外側面の一部に設置したタイロッド定着板を介してタイロッドにより前記炉壁に固定され、前記バックステーと前記炉壁との間、前記バックステーと前記タイロッド定着板との間のそれぞれに、前記バックステーの延在方向への熱膨張による変形を許容しつつ支圧力を伝達するベアリング部材を設けたので、熱膨張によるバックステーの伸びを延在方向に逃がすことができる。これにより、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステーの外側への張り出し変形を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the backstay structure is installed along the furnace wall of the coke oven, and the backstay is interposed via a tie rod fixing plate installed on a part of the outer surface thereof. Fixed to the furnace wall by tie rods, and allowed to deform due to thermal expansion in the extending direction of the back stay between the back stay and the furnace wall and between the back stay and the tie rod fixing plate. However, since the bearing member that transmits the supporting pressure is provided, the backstay can be released from the thermal expansion in the extending direction. Thereby, the overhanging deformation | transformation to the outer side of the backstay resulting from the thermal expansion by the heat | fever of a flame, etc. can be suppressed.
以上のように、本発明に係るバックステー構造は、コークス炉のような炉壁を支持するバックステーに有用であり、特に、火炎の熱などによる熱膨張に起因して起こるバックステーの張り出し変形を抑制するのに適している。 As described above, the backstay structure according to the present invention is useful for a backstay that supports a furnace wall such as a coke oven, and particularly, the backstay overhang deformation caused by thermal expansion due to the heat of a flame or the like. Suitable for suppressing.
10、1 蓄熱室
12 炉壁レンガ
14 ヘッドプレート
16 フラッシュプレート
18 バックステー
18a バックステーの外側フランジ外面
18b バックステーの炉壁側フランジ外面
20 クロスタイロッド定着板(タイロッド定着板)
22 クロスタイロッド(タイロッド)
24 天井レンガ
24a 天井レンガの側面
26 アンカーボルト
28、8 炉体
30 切り欠き部
32 ベアリング部材
34 薄板(ベアリング部材)
36 ドライベアリング
38 熱間潤滑材
40 横つなぎ材
100、200、300、400、401 バックステー構造
10, 1
22 Cross tie rod (tie rod)
24
36 Dry bearing 38
Claims (5)
前記バックステーは、その外側面の一部に設置したタイロッド定着板を介してタイロッドにより前記炉壁に固定され、
前記バックステーと前記炉壁との間、前記バックステーと前記タイロッド定着板との間のそれぞれに、前記バックステーの延在方向への熱膨張による変形を許容しつつ支圧力を伝達するベアリング部材を設けたことを特徴とするバックステー構造。 A backstay structure installed along the furnace wall of the coke oven,
The back stay is fixed to the furnace wall by a tie rod through a tie rod fixing plate installed on a part of the outer surface thereof,
A bearing member that transmits a support pressure between the back stay and the furnace wall and between the back stay and the tie rod fixing plate while allowing deformation due to thermal expansion in the extending direction of the back stay. Backstay structure characterized by providing
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2013
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