JP3690268B2 - コークス炉の炉蓋 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンプルな構造でありながら、コークス炉炭化室の炉壁と炉蓋の耐火物ブロックとの間隙に炉内に堆積した石炭が炉外方向に深く侵入するのを軽減することができるように工夫したコークス炉の炉蓋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉での石炭乾留において炭化室両端の垂直開放面を閉鎖する炉蓋のシール性の良否は作業環境、製品品質、作業性、閉鎖装置寿命を左右するので、炉体と炉蓋との密閉性を向上させることが重要である。通常、石炭装入から数時間の乾留初期においては石炭の熱分解によるガス発生量が多いので炭化室両端の垂直面にかかる発生ガス圧は大きくなり、時には百数十mm水柱にも達し、炉体と炉蓋との隙間から発生ガスが大気中に漏洩する。
【０００３】
乾留初期から中期までの発生ガス成分は炭化水素に富んでおり、ガスとタール類の発生量も多い。とくに付着水分が６〜10（％）程度の湿炭装入においては、付着水分蒸発による水蒸気も加わって全体のガス量は多くなる。乾留末期になるとガス発生量は少なくなり、成分も水素に富んだものになり炭化水素はほとんどなくなってくる。
【０００４】
水平室炉式のコークス炉は通常10〜130 室の炭化室で構成されており、各炭化室の寸法は幅：0.3 〜0.8 ｍ、高さ：３〜８ｍ、長さ：12〜18ｍである。各炭化室の上面には３〜５個の蓋を有する石炭装入孔と炭化室の片側または両側には炭化室からの発生ガスを炉外へ導く上昇管がある。炭化室の両側面は煉瓦壁から構成されており、炭化室を間にはさむ両隣の燃焼室から仕切煉瓦壁を通して供給される熱によって炭化室内の石炭が乾留される。
【０００５】
炭化室、燃焼室はほとんど耐火煉瓦で築造されているので煉瓦壁の強度を維持するために煉瓦保護板とバックスティ、連結金物などが煉瓦壁の外側に使用されている。炭化室両端の垂直開口面は乾留を終了したコークスが押出機により炉外へ押出される通路面となるが、石炭が装入され、コークスとなって炉外に排出されるまでの乾留中は外気と炭化室が完全に遮断された密閉状態を保つために炉蓋で閉鎖し、コークス排出時には炉蓋を外して開放され、石炭装入時に再び閉鎖密閉される。
【０００６】
図５に示すように、通常、炭化室１には、炉壁２の炉体煉瓦端部に炉口金物枠３を設けてあり、炭化室１の両端垂直開口面を炉蓋10により閉鎖密閉される。炉蓋10は、炭化室垂直開口面を閉鎖する耐熱鋳鉄製の炉蓋本体４を備えており、炉蓋本体４の裏面には、断熱材８、防熱シート16およびアンカープレート６がボルト９、ナット11を用いて固定されている。そして、不定形耐火物からなる耐火物ブロック５は、アンカープレート６に固定したアンカー金物6Aを介して保持されており、炭化室１内に突出している。炉蓋本体４の周辺に取付けられたナイフエッジ７を炉口金物枠３の全周に接触させて炭化室１の垂直開口面を密閉するようになっている。なお、耐火物ブロック５の炉蓋本体４に近い部分は傾斜させてブロック幅を小さくすることにより、両炉壁２との間に形成される間隙12を広くしてあり、ここが炭化室１の上部空間に通じるガス通路となる。
【０００７】
石炭を装入した炭化室１の上部空間は上昇管に通じており、上昇管によりコークス炉ガスを吸引しているため、この空間部の圧力はそれほど高くならず、ガス漏れはあまり問題にはならない。これに対し炉蓋10近傍のガスは間隙12の広い部分から上方に導かれ、炭化室１の上部に存在する空間を経由して上昇管に吸引されるが、炉蓋10の近傍は、炭化室１内に装入された石炭充填層による圧力損失のために圧力が高くなる。このため炉口金物枠３とナイフエッジ７との間にわずかでも隙間があると、炉内の乾留ガスが炭化室１の炉壁２と炉蓋10の耐火物ブロック５との間隙12を介してナイフエッジ７の隙間に導かれ、ガス漏れ発生の原因となる。
【０００８】
ナイフエッジ７からのガス漏れは、コークス炉の作業環境に悪影響を及ぼすほか、炭化室１の炉壁損傷の原因となる。そのため炉体大型化への対応も含めて、炉蓋10の作業性、耐久性、安全性、経済性などにつき、種々の工夫改良が施されてきた。炉蓋10近くでの過大な圧力を小さくするため、炭化室内に突出した耐火物ブロックの内部に通路を設けて発生ガス、タール類を通過させ、炭化室１の上部空間に導くことが公知である。
【０００９】
例えば、特開平3-45692 号公報には、図６に示すように、耐火物ブロック５内に炉蓋10の下端から上端に至る垂直孔13を設けるとともに、垂直孔13からやや下方に傾斜して耐火物ブロック５の側面に通じる連通孔14を配設するものが開示されている。耐火物ブロック５中に形成する垂直孔13が主ガス道となり、垂直孔13から分岐した連通孔14が枝ガス道となり、炉壁２、ナイフエッジ７および炉蓋本体４および耐火物ブロック５とから形成される間隙部12に向けて連通しているので、炉内の発生ガスが間隙部12を通って連通孔14および垂直孔13を介して炭化室１の上部空間に導くことができる。したがって、炭化室１内での発生ガス圧の上昇が防止され、炉蓋10からのガス漏洩ガ防止される。
【００１０】
また、実開平2-87045 号公報には、図７に示すように、炉蓋本体４の裏面に固定される耐火物ブロック５が炉壁２と対向する両側面に、その高さ方向全体にわたり排ガス排出用溝15が形成され、かつ、排ガス排出用溝15の表面にセラミックス被皮膜を被覆するものが開示されている。石炭乾留時に炭化室１内で発生したガスは、排ガス排出用溝15を通り炭化室１の上部空間に円滑に排出されるので、ガス圧の上昇による炉蓋10からのガス漏れを防止できる。さらに、排ガス排出用溝15の表面は、セラミックス被皮膜で被覆されているので、排ガス排出用溝15を通る排ガス中のタール分付着による溝閉塞が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、炉蓋着脱用移動装置の停止精度は低く、着脱ごとに停止位置が異なり、炉蓋10の着脱が困難になる。炭化室１の幅は、炭化室１を形成している耐火煉瓦の熱膨張差、変形、ずれおよび損傷程度によって炭化室１の高さ方向に対してそれぞれ異なり、室個々によっても異なるため、炉壁２と耐火物ブロック５との間に隙間12の大きい箇所が部分的に生じ、そこから炉内に充填した石炭が隙間12を介して連通孔14、垂直孔13や排ガス排出用溝15に流れ込むばかりでなく、さらに炉蓋本体４の内側近傍の間隙12まで石炭が移動して通気性を悪くするという問題がある。
【００１２】
炉蓋本体４の内側近傍のスペースの大きい間隙12へ侵入した生焼け石炭、粉コークス、粉塵は、乾留時に発生したタールとともに凝固する。さらに、これらがナイフエッジ７の隙間から炉外に漏れると冷却固化により固い付着物を形成し、その除去作業が困難となる。耐火物ブロック５の炉内側温度は約900 ℃であが、隙間12の炉外側になるほど480 ℃、360 ℃と低温になるので、炉蓋本体４の内側近傍にまで侵入した石炭は、未コークス化を助長する。これらの箇所に侵入した石炭は、炉蓋10を取り外す際の抵抗を大きくして離脱を困難にし、また、未コークス化を助長するので成品コークスの品質を悪くする大きな原因にもなる。
【００１３】
このような石炭侵入を防止すべく、実公平6-43146 号公報には、図８に示すような炉蓋が提案されている。すなわち、炉蓋本体４の内側に、炭化室１内の熱を遮断するための断熱材８が付設され、さらに、その表面は防熱シート16で覆われている。防熱シート16の内側には高さ方向に区分された２つの間隔片17が付設され、ガス通路23を形成しており、間隔片17の先端部には内側がほぼ断面Ｕ字状の金属製遮蔽体18が付設される。この型式の炉蓋において、金属製遮蔽体18の炉壁２に対向する両側に耐熱性かつ可撓性を有するパッキン19を取り付け、これにより炭化室１内に充填された石炭を金属製遮蔽体18と炉壁２との間隙内へ廻り込むのを防止するものが提案されている。
【００１４】
しかしながら、炉壁２に対向する金属製遮蔽体18の両側に設けたパッキン19は耐熱性であるが、炭化室１内で石炭乾留中に高温に曝されて早期に劣化するのは避けられず、また、炉蓋着脱用移動装置の停止精度が低いこともあって、炉蓋10の着脱時に金属製遮蔽体18の両側に設けたパッキン19が炉壁２に擦れて破損し易く、寿命が短いという欠点がある。
【００１５】
本発明は、炭化室の炉壁と炉蓋の耐火物ブロックとの間隙から炉蓋本体近傍の間隙部まで石炭が侵入するのを軽減することができるコークス炉の炉蓋を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、炭化室の垂直開放面を形成する炉口金物枠にナイフエッジを介して密着する炉蓋本体と、該炉蓋本体の裏面に固定されて前記炭化室の炉壁間内に挿入される耐火物ブロックとからなるコークス炉の炉蓋において、前記耐火物ブロックの、前記炭化室の炉壁と対向する両側面に、その下端部から上端部にかけて複数の侵入石炭捕捉用凹部を、奥行方向の炉内側に偏らせて一列または前後に離間させて二列以上、配設したことを特徴とするコークス炉の炉蓋である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るコークス炉の炉蓋10は、炭化室１の垂直開放面を形成する炉口金物枠３にナイフエッジ７を介して密着する炉蓋本体４と、炉蓋本体４の裏面に固定された耐火物ブロック５とから主として形成されており、その他の細部は図５に示す従来の炉蓋構造と同様であるので説明を省略する。図２に示すように、耐火物ブロック５は上下に複数ブロックに分割されており、各ブロック間には膨張間隙21が設けてある。
【００１８】
炉蓋本体４の裏面に固定された耐火物ブロック５が、炭化室１の炉壁２間内に挿入、セットされた状態において、炉壁２と対向する耐火物ブロック５の両側面に、その奥行方向の炉内側面で前後に離間するとともに下端部から上端部にかけて球面状に形成した複数の侵入石炭捕捉用凹部20が、二列縦隊で炉内側に偏った状態で高さ方向に互いに位置をずらせて千鳥状に等間隔で配設してあり、これにより本発明の炉蓋10を形成している。
【００１９】
例えば、６ブロックに分割した耐火物ブロック５（奥行き424mm 、幅 412mm）を組み合わせた高さ約 6.7ｍの炉蓋10において、二列縦隊の侵入石炭捕捉用凹部20は、凹部直径：58.42mm 、凹部深さ：10mm、球面半径Ｒ：47.66mm の球面状とし、炉内側の一列目の侵入石炭捕捉用凹部20は、その中心が耐火物ブロック５の前面から水平に90mmの内側位置に、また二列目の侵入石炭捕捉用凹部20はその中心が一列目凹部中心から水平に90mm内側位置に配列し、侵入石炭捕捉用凹部20の上下方向間隔はそれぞれ90mmとして耐火物ブロック５の一列目と二列目との高さ位置をずらせて千鳥状に配列させる。
【００２０】
次に本発明の作用について説明する。
コークス炉の操業中において炉蓋１の近傍は、炭化室１内に装入された石炭による圧力損失のために圧力が高くなり、炭化室１の炉口金物枠３と炉蓋10のナイフエッジ７の間にわずかでも隙間があると、炉内の乾留ガスが炭化室１の炉壁２と炉蓋10の耐火物ブロック５との間隙12を介して隙間に導かれ、ガス漏れを生じ易い状態にある。耐火物ブロック５の近傍に存在する炭化室１内の石炭、とくに凝集性の悪い石炭が、炭化室１の炉壁２と耐火物ブロック５との間に形成される隙間12（例えば隙間は20〜60mm程度）に崩れ込み、これが炉蓋10の近くのスペースの大きい間隙12まで侵入すると、乾留ガスの通気を阻害し、炉蓋10の近傍のガス圧がますます上昇してナイフエッジ７の隙間からガス漏れを誘発する。
【００２１】
本発明では、図３に示すように、炭化室１の炉壁２と耐火物ブロック５との間に形成される隙間12内に侵入する石炭22は、耐火物ブロック５の側面に配設した炉内側の一列目および二列目の侵入石炭捕捉用凹部20に捕捉され、炉蓋10の方に深く侵入する石炭を低減する。図３では、一列目でほぼ侵入石炭を捕捉している例を示す。また、一列目および二列目に配列された侵入石炭捕捉用凹部20に石炭が蓄積された段階では、石炭22そのものがシール体の役割を果して、炉蓋10に深く侵入する石炭量を大幅に低減することが可能になる。
【００２２】
侵入石炭捕捉用凹部20は、奥行方向の炉内側部に配設されているので、侵入石炭捕捉用凹部20に蓄積された石炭は比較的高温になるため、未コークス化の程度が小さく、しかもその石炭量は少量である。したがって、侵入石炭捕捉用凹部20に蓄積された石炭は、炉蓋10を取り外す際の大きな抵抗とならず、また、炉外に排出されるコークスの品質悪化を抑制できる。
【００２３】
図４は、本発明の他の実施の形態を示し、炭化室１の炉壁２と対向する耐火物ブロック５の両側面に、球面状に形成した複数の侵入石炭捕捉用凹部20が、三列縦隊で炉内側に偏った状態で高さ方向に互いに位置をずらせて千鳥状に等間隔で配設した場合を示している。
例えば、６ブロックに分割した耐火物ブロック５（奥行き424mm 、幅 412mm）を組み合わせた高さ約 6.7ｍの炉蓋10において、三列縦隊の侵入石炭捕捉用凹部20は、凹部直径：42.5mm、凹部深さ：10mm、球面半径Ｒ：27.58mm とし、炉内側の一列目の侵入石炭捕捉用凹部20は、その中心が耐火物ブロック５の前面から水平に75mmの内側位置に、また二列目の侵入石炭捕捉用凹部20はその中心が一列目凹部中心から水平に75mm内側位置に、さらに三列目の侵入石炭捕捉用凹部20はその中心が二列目凹部中心から水平に75mm内側位置に順次配列され、侵入石炭捕捉用凹部20の上下方向間隔はそれぞれ75mmとして千鳥状に配列する。この実施の形態によっても、前述の場合と同様の作用、効果が得ることができる。
【００２４】
なお、前記実施の形態では、耐火物ブロック５の両側面に二列、または三列縦隊で球面状の侵入石炭捕捉用凹部20を等間隔に千鳥状に配設する場合について説明したが、これに限定するものではなく、侵入石炭の捕捉性を考慮して耐火物ブロック５の側面に、侵入石炭捕捉用凹部20を一列あるいは四列以上として、その奥行き方向並びに高さ方向に適度の間隔で配設することができ、さらには、側面のほぼ全面に配設することも可能である。
【００２５】
また、侵入石炭捕捉用凹部20は、平面形状が円形でかつ深さ方向に球面状にする場合について説明したが、平面形状が正三角形、正四角形、長方形（長手方向を上下に向け配設）などを包含する各種形状が採用可能であり、侵入石炭捕捉用凹部20に形成される平面並びに、深さ方向に形成される角部、隅部は丸みをもつ湾曲形状に形成し、角部、隅部を起点とする耐火物の割れ発生を抑制するのが好ましい。侵入石炭捕捉用凹部20は、耐火物ブロック５の両側面に研削工具を用いて回転研削で成形する場合は、球面状にする方がとくに加工し易い。耐火物ブロック用型枠内に不定形耐火物を流し込みにより成形する際、型枠に所望の侵入石炭捕捉用凹部20に対応する凸部を組み込んでおけば、各種形状の侵入石炭捕捉用凹部20が容易に成形できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、コークス炉の炭化室の炉壁と対向する耐火物ブロックの両側面に、その下端部から上端部にかけて多数の侵入石炭捕捉用凹部を、奥行方向の炉内側に偏らせて一列または前後に離間させて二列以上、配設してあるので、炭化室の両炉壁と耐火物ブロックの両側面との間に形成される間隙内に侵入した石炭が侵入石炭捕捉用凹部に捕捉され、炉蓋本体の近傍に移動するのを防止できる。その結果、間隙内へ深く侵入した石炭に起因する石炭堆積固化が大幅に減少し、炉蓋近傍のガス圧上昇による炉蓋ガス漏れの発生がなくなり、付着石炭除去作業の頻度が大幅に減少し、コークス炉の安定操業が確保され、成品コークスの品質向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコークス炉の炉蓋を示す横断面図である。
【図２】本発明に係るコークス炉の炉蓋を示す側面図である。
【図３】本発明に係る炉蓋の側面に配設した侵入石炭捕捉用凹部に石炭が捕捉、堆積される状況を示す説明図である。
【図４】本発明に係る他のコークス炉の炉蓋を示す側面図である。
【図５】従来に係るコークス炉の炉蓋を示す横断面図である。
【図６】従来に係る炉蓋の耐火物ブロック内に垂直孔および連通孔を設けた炉蓋を示す横断面図である。
【図７】従来に係る炉蓋の耐火物ブロックの両側面に排ガス排出用溝を設けた炉蓋を示す横断面図である。
【図８】従来に係る炉蓋本体の内側に付設された間隔片がガス通路を形成し、間隔片の先端部に付設されている金属製遮蔽体の両側にパッキンを取り付けた炉蓋を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ 炭化室
２ 炉壁
３ 炉口金物枠
４ 炉蓋本体
５ 耐火物ブロック
６ アンカプレート
6A アンカー金物
７ ナイフエッジ
８ 断熱材
９ ボルト
10 炉蓋
11 ナット
12 間隙
13 垂直孔
14 連通孔
15 排ガス排出用溝
16 防熱シート
17 間隔片
18 金属製遮蔽体
19 パッキン
20 侵入石炭捕捉用凹部
21 膨張間隙
22 石炭
23 ガス通路

Claims (1)

1. 炭化室の垂直開放面を形成する炉口金物枠にナイフエッジを介して密着する炉蓋本体と、該炉蓋本体の裏面に固定されて前記炭化室の炉壁間内に挿入される耐火物ブロックとからなるコークス炉の炉蓋において、前記耐火物ブロックの、前記炭化室の炉壁と対向する両側面に、その下端部から上端部にかけて複数の侵入石炭捕捉用凹部を、奥行方向の炉内側に偏らせて一列または前後に離間させて二列以上、配設したことを特徴とするコークス炉の炉蓋。

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