JP3887748B2 - コークス炭化炉炉蓋近傍部の昇温促進用コークス炉蓋 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークスを製造するコークス炉の炭化室（炉）の出入口（炉蓋）近傍部に装入された石炭粒子を昇温しコークス化を促進する、コークス炉蓋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉において、炭化炉の出入口を開閉する炉蓋は 炭化炉内に装入された石炭粒子を９００℃以上の高温度で乾留するコークスの製造条件から、シール性が高く、かつ高熱に耐えられる構造物が要求されている。例えば特公昭６０−２５０７２号公報や実開平５−５６９４０号公報など多くの特許公報で掲載される様に、炭化炉の出入口を大きな重量の耐火煉瓦で封印すると共に、その周辺部をナイフエッジ状断面の押圧条片でシールする、密閉式の構造物がある。炉蓋は、剛強な鋼鉄製フレーム構造に作られている。しかしながら、厚さ４００ｍｍ程度の大きな重量の耐火煉瓦は、炭化炉に隣接する加熱室（炉）から石炭粒子を乾留するために供給された高温度の熱を吸熱し、その上コークスを取出（窯出）して次の石炭粒子を装入した後出入口を閉塞し、昇温開始する際もかなりの熱を吸収する。このため、炭化炉の出入口すなわち炉蓋近傍部に装入された石炭粒子は、充分な乾留温度と乾留時間が得られない不良コークスのまま、他の乾留コークスと共に窯出しされ、コークスの歩留低下を来す。さらには、不良コークスが乾留コークスの品質劣化を招く原因からコークス選別作業を行わねばならないなど、生産性に大きく影響する問題があった。
【０００３】
この様な問題を解消する理由から、炭化炉内の熱効率を向上するコークス炭化炉蓋の開発が多く試みられ、多くの特許公報がある。例えば特公平３−４００７４号公報（昭和５５年出願）には「炭化炉の装入物から生成する熱い気体を、該装入物と接触する少なくとも一つの扉の熱伝導性金属隔壁で、炭化室の内部と分離する扉の中の垂直な通路を通して送気管へ送り、該気体の通路での上昇と該隔壁の熱伝導性によって、該隔壁を介して該隔壁に接触する上記装入物の上方末端領域に該気体の熱の一部を移して該装入物をコークス化する方法」が開示されている。この方法に基づいて開発されたのが特公昭６１−４９３５３号公報（昭和５７年出願）で、「炉内側に、スペース片を介してコーキングプレートを結合した個々の遮蔽部材が重なり合う様に設けた炉内発生ガス通過用の遮蔽体を取り付けたコークス炉蓋」がある。さらに特開昭６２−７２７８２号公報（昭和６０年出願）には「遮蔽体を、高さ方向に区分されたＵ字状断面をもつ複数の遮蔽板で構成した、コークス炉の炉蓋」、実公平６−４３１４６号公報には「金属製ガス通路遮蔽体のコークス炉壁に対向する両側に、耐熱性で下撓性を有するパッキンを取付けたコークス炉の炉蓋」、特許第２８９４０４５号公報には「金属製のガス通路構成部材の装入炭に接する部分の内面を、温度差の大きい気体との接触から保護する断熱材で被覆した、コークス炉の炉蓋」、さらにはガス通路を構成するコーキングプレートに、厚さ２５ｍｍ以下のセラミックスを使用する「実開平２−６９９４６号公報」、酸化亜鉛あるいはアルミナファイバーを含有するコーディエライト複合体セラミックスを使用する「実開平３−１８１５０号公報」など、多くのコークス炉蓋構造が特許公報によって開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この様に炉内発生ガスを通過させる空間ボックス型の遮蔽体技術の出現によって、高温度の熱を保有する炉内発生ガスの熱損失は、それ以前の炉蓋に較べ、著しく軽減されている。しかしながら、実用化に供されていないのが現状である。
その理由は定かではないが、本発明者らの推測によると、次の様な問題があるものと考えられる。実開平１−１４７２３６号公報の様に「断熱板の炉内側に炉内発生ガスを通過させる遮蔽体を設け、その炉内側に耐火煉瓦の内張りを施した炭化炉」では、炉内発生ガスの高い保有熱を効果的に使用しているが、耐火煉瓦の吸熱量が依然と大きいため、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の加熱温度が上らず、不良コークスが製造される問題がある。さらに、炉蓋開閉作業の際に耐火煉瓦が何かに衝突して一部を剥離する問題、剥離した耐火煉瓦の破片がコークスに混ざり込む問題があるものと考えられる。
【０００５】
また、上記した特公平３−４００７４号公報などの様にガス通気口の小さい遮蔽体では、炉内発生ガスの流通量が制限されるため、遮蔽体内の温度が低く、炉蓋近傍部の石炭粒子の加熱温度もそれ程上昇されない問題がある。また遮蔽体が巾広い金属板の遮蔽部材で製作されているため、遮蔽部材がコークスを窯出し毎に繰り返される高温度（膨脹）から急冷（収縮）される際に過大な熱応力の影響を受けて歪に変形し、ガス通気口を閉塞しあるいは十層狭める問題がある。さらに乾留中に生成した泥状のタールが通気口に流れ込んで凝固し閉塞する問題、変形やタールが密着して閉塞された通気口の開口作業や浄化作業を高い熱を保有する環境の中で手短に行わねばならない問題など、これから解決しなければならない多くの問題を抱えているものと考えられる。
【０００６】
本発明者らは、上記の様に今日まで多く開発された遮蔽体が使用されない理由と問題点を探索し、さらにその問題点を解消したコークス炉蓋を提供する事を目的に実験と検討を重ねた結果、金属製の遮蔽用短冊部材で左右に微小な通気用間隙を設けて縦横に並べて遮蔽壁とする構造の炉内発生ガス回遊隔離室を炭化炉側に内設する事によって、炭化炉内で発生した高温度の熱を保有する炉内発生ガスが、石炭粒子間を通って該ガス回遊隔離室へ流動する際に、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子を加熱する。また高温度の炉内発生ガスは、遮蔽用短冊部材の左右に設けた微小な通気用間隙から何の流動制御を受ける事もなく流入し、炉内発生ガス回遊隔離室を高温度に昇温し、高温度になった該ガス回遊隔離室の熱が、遮蔽壁を通して炉蓋近傍部の石炭粒子を間接的に加熱する事を知見した。さらに炉内発生ガス回遊隔離室の機能を長期間維持するためには、縦方向に並べられた遮蔽用短冊部材の膨脹で起こる形状変化を回避するために、、該遮蔽用短冊部材の上下端部を摺動可能に重ね合わせると共に、さらに装入石炭の不均一な押圧力や加熱温度差で起こる不均一な熱応力（引張張応力と収縮応力）による遮蔽用短冊部材の部分的な変形や揺動を防止するために、遮蔽用短冊部材の重ね合わせ側の上下端部を係合状態に設ける事が必要であると知見した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、石炭粒子を装入する炭化炉の炉口枠に押圧するナイフエッジ断面形状のフランジ部材を周縁部に接合したシールプレートを介して炭化炉の出入口を開閉する炉蓋構造体の炉内側に、断熱ボックスを設け、さらに該断熱ボックスの炉高方向を複数段に分割する位置に間隔横体枠を設けると共に、該間隔横体枠の上下離隔間で石炭粒子侵入遮蔽用短冊板を左右に微小な通気用隙間を設けて縦横に並列しかつ該石炭粒子侵入遮蔽用短冊板の上方端部を間隔横体枠に遊動可能に吊設し、さらに上段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板の下方端部と下段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板の上方端部の接合側を切欠断面形状で摺動可能に重合しかつ重合する接合面の一側には炉蓋側へ指向する継手用切込溝を設けまた他側には該継手用切込溝に遊嵌する継手用突起状物を設けた無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室を取付けて構成したコークス炭化炉炉蓋近傍部の昇温促進用コークス炉蓋である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例で、炉高方向の断面図を示す。図２は、図１のＺ−Ｚ線断面の一部を省略した拡大斜視図を示す。図１および図２において、１は、コークス炉の炭化炉である。２は、炭化炉１に装入された石炭粒子である。３は炉蓋構造体で、炭化炉１の出入口４を開閉するものである。炉蓋構造体３は、炉体フレームとその他必要な部分にフランジ部材で補強した鋼鉄製枠体フレーム５の炭化炉側に、炭化炉１の炉口枠６を押圧する肉薄なシールプレート７を介して炭化炉１の出入口４を開閉する構造に組立てられている。８は閂で、鋼鉄製枠体フレーム５を炭化炉１の出入口４に強く押圧し締結するもので、圧縮バネや螺子ボルトなどの締結用部材を組合わせて構成されている。またシールプレート７の周縁部には、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材９を接合すると共に、該フランジ部材９を押圧するシリンダーやバネなどを使用した進退自在な押圧治具１０が設けられている。すなわち、本発明における炉蓋構造体３は、炭化炉１の出入口４を閉塞し、また炉蓋構造体３進退駆動操作によって出入口４を開閉する構造に設けられている。
【０００９】
１１は、断熱ボックスである。断熱ボックス１１は、金属製の耐熱ボックス１２にアルミナシリケート、イソライト類、カーボンウッド、セラミックス材など一般に使用される断熱効果の高い耐火断熱材を充填したもので、シールプレート７を介して炉体構造体３に、また炉内プレート１３とシールプレート７あるいはさらにスライドプレート１４を介して炉体構造体３に設けられる。図２は、断熱ボックス１１を炉内プレート１３とシールプレート７さらにスライドプレート１４を介して炉体構造体３に、ボルト継手（図示せず）で取付けた場合の一実施例を示す。すなわち、断熱ボックス１１は、シールプレート７を熱から防護すると共に、炉体構造体３に伝熱して放出する熱を防止し、炭化炉１の炉蓋側を循環する炉内発生ガスが高温度の熱を維持する作用効果を奏するものである。
【００１０】
さらに本発明においては、上記の様な構造に組立てられた炉体構造体３の炉内側に、炭化炉１で発生した高温度の炉内発生ガスを流通（回遊）する無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５を設ける。
無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５は、炉高方向を複数段に分割する位置に袋状、筒状などの抱持形状あるいは任意な形状の中空フレーム部材に加工また組立てられて装入する石炭粒子２の押圧力やその他の外圧に変化する事のない耐熱性の鋼鉄製あるいはその他耐熱性金属材料製の間隔横体枠１６を断熱ボックス１１に取付けると共に、間隔横体枠１６に、同様の該材料からなる石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の左右に微小な通気用の間隙１８を設けて縦横に配列し、かつ該遮蔽用短冊板１７の上方側がボルトやその他の係合具１９を介して揺動可能に吊設されている。さらに上下に配列された石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の継手側すなわち上下端部は、図３に斜視図また図４にその透視斜視図で示す様に、上段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７Ａの下方端部と下段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７Ｂの上方端部の接合側を切欠断面形状で摺動可能に重ね合わせ、かつ揺動する接合面の一側には炉蓋側へ指向する継手用切込溝２０を設け、他側には該継手用切込溝２０に遊嵌する継手用突起状物２１を設けて構成されている。つまり、本発明においては、石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７Ａおよび１７Ｂの接合側を、切欠断面形状の接合面言わば双方を段差付継手形状で重ね合わせる事により、継手部分に膨出のない垂直形状に接合し、石炭粒子２や乾留コークスの落下衝撃による該遮蔽用短冊板の損傷や変形を防止すると共に、接合面の上下側に該遮蔽用短冊板自体の膨張を逃避させるに必要な摺動長さの摺動空間Ｓを設ける事により遮蔽用短冊板の形状性を維持し、延いては無底構造の炉内ガス回遊隔離室１５の形状性を長期間にわたって維持する作用効果を奏する。接合面の切欠断面形状については、該遮蔽用短冊板１７Ａの様に一部に緩斜面を持つ切欠断面形状でもよく、該遮蔽用短冊板１７Ｂの様に矩形の切欠断面形状でもよく、上下の切欠断面形状を入れ換えてもよく、また上下同一な切欠断面形状にあるいはその他任意な形状の肉薄断面形状に施してもよい。また継手用切込溝２０と継手用突起状物２１は、石炭粒子２の押圧力や構造物部材の変形応力の影響を受けて上下に吊設した石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の捩じれや横揺れを防止し、無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５の形状性を損なわない様に保持するものであって、該遮蔽用短冊板１７を所定の位置に拘束し確保する係合機能を有するものであれば、図示する様な矩形断面形状の他に、三角断面形状や多角断面形状や円柱断面形状など如何なる形状であってもよい。
【００１１】
尚、本発明において、縦横に配列する石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の通気用間隙１８については、石炭粒子２が浸入しない程度の大きさを考慮して設ける事が好ましい。また無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５には、炉内発生ガスが円滑に流入しかつ回遊し易い様に、必要によっては上方側に炉内発生ガスの排気パイプを設けてもよい。すなわち、無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５は、炭化炉１で流動する炉内発生ガスを石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の左右の微小な通気用間隙１８から流入し、該室内を回遊した後、別の通気用間隙１８から炭化炉１または排気パイプに流出する様に設けられている。
【００１２】
上記の様に構成された本発明のコークス炉蓋は、従来のコークス化操業と同様に、炭化炉１の出入口４をシールプレート７で密閉しつつ炉蓋構造体３で閉塞した後、石炭粒子２を炭化炉１に装入する。炭化炉１に装入された石炭粒子２は、隣接する加熱炉から供給される高温度の熱で乾留されながら、徐々にコークス化へ変成する。この時、炭化炉１の中央部に装入された石炭粒子２から発生した高温度の炉内発生ガスは、石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７側へ流動しつつ、炉蓋近傍部の低温度の石炭粒子２を加熱しながら、石炭粒子浸入遮蔽用短冊板１７の微小な通気用間隙１８から無底構造の炉内ガス回遊隔離室１５に流入する。炉内発生ガスの流入で高温度に昇温された無底構造の炉内ガス回遊隔離室１５は、石炭粒子浸入遮蔽用短冊板１７を介して、炉蓋近傍部の石炭粒子２を加熱する。この様に炉蓋近傍部に装入された石炭粒子２は、炉内発生ガスが炭化炉１の中央部から無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５に流動する際に加熱し、高温度に加熱された該隔離室１５の石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７から放出される熱によって加熱される。すなわち、本発明は、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子２を炉内側と炉蓋側の両方向から熱で挟み込む加熱方式の蓋構造に構成されているため、炉蓋近傍部の石炭粒子２の乾留を促進し、炭化炉１の中央部の石炭粒子に追従して早い時期にコークス化温度に到達する作用を奏する。また低温域で生成する泥状のタールは、凝固する事なくガス化するか、無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室１５の底部から外部へ自然排出される。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明した様に、石炭粒子侵入遮蔽用短冊板を吊設した炉内発生ガス回遊隔離室を炉蓋構造体の炉内側に設けた本発明のコークス炉蓋は、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子を、炭化炉内の中央部に装入された石炭粒子の加熱速度に追従して昇温するため、不良コークスの発生を著しく低減し、均一な品質のコークスを製造する。また乾留中の低温域で生成したタールは、自然排出するため、コークス取出し毎のタールの清掃作業が著しく減り、その清掃作業も短縮する効果を奏する。また本発明は、無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室がそれぞれ独立した石炭粒子侵入遮蔽用短冊板を縦横に並べる様に配列し、しかもそれぞれが着脱自在機構で取替えられる構造に製作されているため、損傷の激しい隔離室部分においては、該遮蔽用短冊板を簡単に取替える事で修復でき、またタールが通気用間隙を閉塞した場合でも該遮蔽用短冊板の表面を軽く擦る事でタールを取除く事ができる。さらに本発明は、上下段の石炭粒子侵入遮蔽用短冊板が係合継手機構を利用しまた該遮蔽用短冊板の膨張を逃避する摺動可能な重合構造で接合されているため、無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室の形状性は長期間にわたって維持できる特長がある。さらにまた石炭粒子侵入遮蔽用短冊板には耐熱性金属板を使用するため、損傷した箇所を切削する事で再利用され、例え取替え廃棄処分材になっても鉄鋼業において再資源として活用される特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例で、炉高方向の断面図。
【図２】図１のＺ−Ｚ線断面の一部を省略した拡大斜視図。
【図３】 上下に配列された石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の継手部分の斜視図
【図４】 上下に配列された石炭粒子侵入遮蔽用短冊板１７の継手部分の一部透視斜視図を示す。

Claims (1)

1. 石炭粒子（２）を装入する炭化炉（１）の炉口枠（６）に押圧するナイフエッジ断面形状のフランジ部材（９）を周縁部に接合したシールプレート（７）を介して炭化炉（１）の出入口（４）を開閉する炉蓋構造体（３）の炉内側に、断熱ボックス（１１）を設け、さらに該断熱ボックス（１１）の炉高方向を複数段に分割する位置に間隔横体枠（１６）を設けると共に、該間隔横体枠（１６）の上下離隔間で石炭粒子侵入遮蔽用短冊板（１７）を左右に微小な通気用隙間（１８）を設けて縦横に並列しかつ該石炭粒子侵入遮蔽用短冊板（１７）の上方端部を間隔横体枠（１６）に遊動可能に吊設し、さらに上段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板（１７Ａ）の下方端部と下段側石炭粒子侵入遮蔽用短冊板（１７Ｂ）の上方端部の接合側を切欠断面形状で摺動可能に重合しかつ重合する接合面の一側には炉蓋側へ指向する継手用切込溝（２０）を設けまた他側には該継手用切込溝（２０）に遊嵌する継手用突起状物（２１）を設けた無底構造の炉内発生ガス回遊隔離室（１５）を取付けて構成した事を特徴とするコークス炭化炉炉蓋近傍部の昇温促進用コークス炉蓋。

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