JP6421572B2 - コークス炉の炉体締付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、室炉式コークス炉（以下、単に「コークス炉」という。）における炉体の締付け力を燃焼室の高さ方向に均一に伝達することができる締付け方法に関するものである。

コークス炉の炉長方向の断面図を図６に示す。
コークス炉１は、煉瓦で構築された構造物であり、炉体の下部に燃焼排ガスの顕熱を利用して燃料ガス及び燃焼用空気を予熱する蓄熱室２が設けられ、この蓄熱室２の上部に、燃料ガスを燃焼させる燃焼室４と、石炭を乾留する炭化室３が交互に配列されている。

燃焼室４と炭化室３が重層する図６の紙面に垂直な前後方向を炉団方向と、図６の紙面左右方向を炉長方向という。

燃焼室４は、炉長方向において２５〜３０余りのフリューに分割されており、これらフリューも煉瓦構造物で構築されている。図６では、説明のために燃焼室４の一部（５フリュー分）を、炭化室３と同一の断面に示している。燃焼室４で燃料ガスを燃焼させた際の燃焼熱は、燃焼室４の炉壁を介して炭化室３に伝達され、炭化室３の内部に装入された石炭を乾留する。

このように煉瓦を構築した煉瓦構造物であるコークス炉は、当該煉瓦構造物を保持するために、外部から炉体を締付ける構造となっている。コークス炉における炉体の締付け力を、以下、「炉体締付け力」、あるいは「炉締力」という。

燃焼室４や炭化室３を構築した煉瓦構造物の、各燃焼室４の炉長方向両端部には、図６に示すように、炉締力を付与するためのバックステー５が一対配置されている。これらバックステー５と燃焼室４の間には、炉蓋（図示せず）を保持するドアフレーム６とドアフレーム６を取付ける保護板７が設けられ、バックステー５からの炉締力は、ドアフレーム６と保護板７を介して煉瓦構造物である燃焼室４や炭化室３に伝達される。

図７は前記炉締力の伝達方法を模式的に示した図である。
各燃焼室４の炉長方向両端部に配置されたバックステー５は、コークス炉１の高さ方向の上下端に近い２か所でクロスタイロッド１０によって連結され、クロスタイロッド１０の両端部に取付けられた炉締スプリング１１によって炉締力が加えられている。

そして、この炉締力は、バックステー５の燃焼室４と相対する部分における高さ方向に複数段設置した炉締金物１２によって、ドアフレーム６、保護板７を介して煉瓦構造物である燃焼室４や炭化室３に伝達される。

前記炉締力の伝達方法について、図８を用いてさらに詳細に記載する。
図８はコークス炉１における炉締金物１２の取付け部を水平方向に断面して示した図である。図８の紙面上下方向は炉長方向を示し、紙面上側が炉外側、紙面下側が炉内側を示す。また、図８の紙面左右方向は炉団方向を示す。

前記複数段設置した炉締金物１２は、それぞれの段毎に、バックステー５の炉団方向左右側に２個配置されており、内蔵したスプリング１２ａにより、各々決められた荷重で取付けている。この荷重はドアフレーム６と保護板７を介して燃焼室４を構築する煉瓦構造物２０に伝達されている。

一般的に、前記炉締金物１２は、対を成すバックステー５のそれぞれについて、例えば図７に示すように、燃焼室４の高さ方向に６段、炉団方向左右側に各２個の合計１２個設置されている。

ところで、コークス炉は操業を開始すると３０年〜５０年の長期間運転し、その間、石炭を高温で乾留してコークスを生産し続けることになる。特にクロスタイロッドの炉締力を伝達するバックステーは、長期間の使用により燃焼室と相対する部分の高さ方向中間部が燃焼室から離反するように湾曲することを避けることができない。

このような状況になると、バックステー５とドアフレーム６との間の距離（図８中の寸法Ｌ１）が広がる形になり、炉締金物１２のスプリング１２ａが緩んで炉締力が低下する。

炉締力が低下すると、バックステー５の燃焼室４と相対する部分において高さ方向に設けられた炉締金物１２の炉締力が均一とならず、燃焼室４と相対する部分の高さ方向中間部に位置する炉締金物１２の炉締力が極端に低下する。この炉締力の低下は、煉瓦で構築された燃焼室４の堅牢性を損ない、コークス炉１の炉寿命短縮につながる事態となる。

また、上記理由などによって燃焼室の炉団方向左右側に配置された炉締金物の一方の炉締力が低下した場合、もう片方の炉締金物でしか炉締力を与えることができなくなって燃焼室の煉瓦構造体に不均一な炉締力が作用することになる。この不均一な炉締力により、煉瓦構造物に変形等が発生する危険性がある。

また、上記したようにドアフレームは炭化室に設置される炉蓋を保持する部材であり、その端部が燃焼室側に張り出しており、また、炉締金物はバックステーから直接ドアフレームを押し付ける構造である。

従って、炉締金物が、炉団方向（図８の紙面左右方向）において、炭化室に近い位置で配置されることになってしまい、炭化室から高温となったコークスを排出する際には炉締金物の温度が高温となって、内蔵されたスプリングが熱劣化する危険性がある。

そこで、炉締金物による炉締力をスプリングで得るのではなく、油圧や空圧による加圧機構によって常時一定の炉締力に維持する装置が特許文献１で開示されている。

特許文献１で開示された装置は、バックステーの変形に関わらず燃焼室に一定の炉締力を加圧することができるという利点がある。しかしながら、炉締金物と比較した場合、設備コストが高くなる。コークス炉１基当りの炭化室、燃焼室の数は通常４０〜５０であり、燃焼室の両端のバックステーに各６個の炉締装置を配置するとしても、４８０〜６００もの数となり、多額の設備投資が必要となる。

また、操業時に高温のコークスを排出したり、高温の炭化室を開放したりする環境下で使用されるので、加圧媒体として使用されることが多い油圧流体が漏洩した際には火気事故を伴う危険性もある。

また、特許文献２には、炉締金物を使用せずにコークス炉からの伝熱を利用する技術が開示されている。すなわち、バックステーのプロテクションプレートに接触する部分を断熱材で被覆することで、断熱材を被覆した部分とその反対側部分との温度差によって熱歪みを発生させ、燃焼室と相対する部分の高さ方向中間部を燃焼室から離反するように湾曲することを防ぐものである。

しかしながら、特許文献２で開示された方法は、熱歪みを利用するものである。従って、コークス炉の稼働率の変化による乾留温度の変動、夏季冬季の季節変動、雨天時の冷却等によってバックステーの表裏部の温度差が変動するとバックステーの変形量もおのずと変化することになって、燃焼室への炉締力を常時一定に維持することが難しい。

また、一般的な断熱材は、その内部に気孔を多く保持して断熱機能を確保している。この気孔中にコークス製造時の粉塵やコークス炉ガス中のタール分等が侵入すると、断熱性能が徐々に低下し、次第に熱伝導性が助長されてバックステーが燃焼室から離反するように変形して湾曲し、炉締力が燃焼室の高さ方向中間部に過大にかかる事態となる。このような事態になれば、燃焼室煉瓦の損傷につながる危険性もある。

実開昭５５−１１６０５１号公報 特開平３−２８７６９２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、常時一定の炉締力に維持することを目的とする特許文献１，２で開示された方法は、以下の課題を有するという点である。

すなわち、特許文献１で開示された方法は、多額の設備投資が必要となるほか、油圧流体が漏洩した際には火気事故を伴う危険性があるという点である。

また、特許文献２で開示された方法は、熱歪みを利用するので燃焼室への炉締力を常時一定に維持することが難しく、また、断熱性能が低下した場合は燃焼室煉瓦の損傷につながる危険性があるという点である。

本発明は、コークス炉の炉締力を、燃焼室を構成する煉瓦構造物に燃焼室と相対する部分において高さ方向に均一に伝達でき、しかも、長期間熱的な負荷の高い環境においても安定的に継続できるようにすることを目的とするのである。

本発明は、
上記目的を達成するために、
コークス炉の各燃焼室の炉長方向両端の炉外側に配置され、コークス炉の高さ方向の上下端に近い２か所に設置したクロスタイロッドで連結されたバックステーの燃焼室側の、燃焼室と相対する部分の、高さ方向に複数段、炉団方向に各２個ずつ炉締金物を設置し、前記クロスタイロッドの両端に設けた炉締スプリングによって得た炉締力を、前記炉締金物、燃焼室の炉長方向両端に配置したドアフレームと保護板を介して燃焼室の炉長方向に付与するコークス炉の炉体締付け方法において、
前記バックステーの、前記ドアフレームと前記炉締金物の間に設けた開口部に炉締伝達装置を貫通させ、前記炉締金物から前記炉締伝達装置を介してドアフレームに炉締力を伝達するようにしたことを最も主要な特徴としている。

本発明では、炉締金物からドアフレームに伝達する炉締力を、バックステーの、ドアフレームと炉締金物の間に設けた開口部を貫通させた炉締伝達装置を介して伝達するようにしている。

従って、炭化室より炉団方向に離れた位置、すなわち燃焼室の炉団方向中心寄りの位置に炉締金物を設置することができるので、炭化室からの高温による炉締金物のスプリングの熱劣化を抑制することができる。

また、炉団方向に設置した２個の炉締金物の一方の炉締力が低下しても、残りの炉締金物の炉締力が炉締伝達装置を介してドアフレームに伝達するので、燃焼室の煉瓦構造物に不均一な荷重が作用することがない。

本発明では、バックステーの、ドアフレームと炉締金物の間に設けた開口部に貫通させた炉締伝達装置を介して炉締金物からドアフレームに炉締力を伝達するので、燃焼室の煉瓦構造体に常に均等に炉締力が押し付けられることになり、コークス炉の寿命延長が図れる。

本発明の炉体締付け方法における炉締金物の取付け部を水平方向から見た断面図である。 本発明の炉体締付け方法における炉締金物の近傍を炉団方向から見た図である。 図１の矢視Ａ−Ａ図である。 本発明の炉体締付け方法に使用する炉締伝達装置において、ドアフレームとバックステーの間の距離の変化を調整する機能を説明する図である。 本発明の炉体締付け方法で締付けたコークス炉の要部を示す斜視図である。 コークス炉の炉長方向の断面図である。 バックステーからの炉締力の伝達方法を模式的に示した図である。 従来の炉体締付け方法における図１と同様の図である。

本発明は、炉締金物からドアフレームに伝達する炉締力を、燃焼室の煉瓦構造物に燃焼室と相対する部分において高さ方向に均一に伝達でき、しかも、長期間熱的な負荷の高い環境においても安定的に継続するという目的を実現するものである。

そして、前記目的を、炉締金物からドアフレームに伝達する炉締力を、バックステーの、ドアフレームと炉締金物の間に設けた開口部を貫通させた炉締伝達装置を介して伝達することで実現した。

以下、本発明の炉体締付け方法を図1〜図５を用いて説明する。なお、図６〜図８と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本発明では、炉締力を付与するために、バックステー５の燃焼室４と相対する部分に、燃焼室４の高さ方向に複数段設置する（図５では７段設置した例を示している。）炉締金物１２で、ドアフレーム６を直接押し付けないようにしたことが特徴である。

すなわち、本発明では、前記各段のバックステー５の、ドアフレーム６と炉団方向に各２個設置した炉締金物１２の間に設けた開口部５ａを貫通した炉締伝達装置２１を介して、間接的にドアフレーム６を押し付けるようにしている。

但し、ドアフレーム６を介して保護板７から燃焼室４の煉瓦構造物２０に炉締力を伝達していることは、従来方法と同じである。

図１に示した例では、バックステー５は、いわゆるダブルＨ型鋼を採用しているが、Ｈ型鋼などを採用してもよい。なお、Ｈ型鋼は、横断面のＨ型の縦２本をフランジ、横１本をウェブと称する。また、ダブルＨ型鋼とは、通常のＨ型鋼と比較して、ウェブを２本としたものである。

バックステー５は、図１に示すように、フランジ５ｂが炉団方向、ウェブ５ｃが炉長方向に沿う方向となるように設置する。そして、バックステー５に設ける開口部５ａは、バックステー５のウェブ５ｃを開口して形成したものであり、炉締伝達装置２１は、当該開口部５ａを貫通して設置する。

図２は本発明の炉締金物１２の近傍を炉団方向から見た図であり、紙面上下方向が炉長方向で、紙面上側が炉外側、紙面下側が炉内側である。また、図３は図１の矢視Ａ−Ａ図である。

炉締金物１２は、図２に示すように、炉外側はバックステー５の炉外側のフランジ５ｂに、炉内側は炉締伝達装置２１の本体部２１ａに接するように設置する。

炉締伝達装置２１は、同じ高さレベルに設置した炉団方向左右一対の炉締金物１２からの炉締力を一体として受けるために、バックステー５の開口部５ａを貫通する本体部２１ａの両端部に、ドアフレーム６と接触する先端部２１ｂを設けた構成となされている。従って、炉締伝達装置２１の本体部２１ａは、ドアフレーム６間の内側寸法Ｌ２に、一対の先端部２１ｂを加えた程度の長さを有するようにする。

なお、炉締伝達装置２１の材質は、例えば一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）を採用する。これより強度の高い材質を選択しても使用上の問題は無いが、コストや調達面から、ＳＳ材を採用することが好ましい。

前記炉締伝達装置２１には、ドアフレーム６とバックステー５の間の距離Ｌ１の変化を調整できる機能を持たせることが望ましい。

そのためには、炉締伝達装置２１の先端部２１ｂを単純な構造部材とするのではなく、図４に示すように、本体部２１ａに溶接等で固定される部材２１ｂａと本体部２１ａには固定されない部材２１ｂｂに分離し、両部材２１ｂａと２１ｂｂの炉長方向（図１の紙面上下方向）の相対位置を例えば30〜50mm程度調整可能なようにすればよい。

例えば、図４では、本体部２１ａに固定する部材２１ｂａは円柱形としてその外周に雄ねじを形成する一方、本体部２１ａに固定しない部材２１ｂｂは円筒形の内部に前記雄ねじに嵌合する雌ねじを形成している。前記部材２１ｂｂは、筒状でもよいが、粉塵環境においてねじ部を保護する観点からは、図４に示すように、底部を有するソケット状とすることが好ましい。

上記のように、炉締伝達装置２１の先端部２１ｂを構成すれば、バックステー５が湾曲して図１中のＬ１で示す寸法が拡大しても、前記雄ねじと前記雌ねじの嵌合量を調整して前記Ｌ１の拡大寸法分だけ短くなるように調整するだけで、炉締金物１２部の寸法Ｌ３を一定に保つことができ、炉締力が変化することはない。

上記本発明では、炉締伝達装置２１を設置することで、炉締金物１２を炭化室３より離れた燃焼室４の炉団方向中心寄りの位置に設置することができ、炭化室３の熱による炉締金物１２のスプリング１２ａ力の劣化を抑制することが可能となる。

また、炉団方向に配置された炉締金物１２の一方の炉締力が低下しても、もう片方の炉締力は炉締伝達装置２１を介することにより炉団方向に与えられることになって、燃焼室４の煉瓦構造物２０への不均一な荷重が防止される。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更してもよいことは言うまでもない。

１ コークス炉
４ 燃焼室
５ バックステー
５ａ 開口部
６ ドアフレーム
７ 保護板
１０ クロスタイロッド
１１ 炉締スプリング
１２ 炉締金物
２１ 炉締伝達装置
２１ａ 本体部
２１ｂ 先端部
２１ｂａ 部材
２１ｂｂ 部材

Claims (2)

1. コークス炉の各燃焼室の炉長方向両端の炉外側に配置され、コークス炉の高さ方向の上下端に近い２か所に設置したクロスタイロッドで連結されたバックステーの燃焼室側の、燃焼室と相対する部分の、高さ方向に複数段、炉団方向に各２個ずつ炉締金物を設置し、前記クロスタイロッドの両端に設けた炉締スプリングによって得た炉締力を、前記炉締金物、燃焼室の炉長方向両端に配置したドアフレームと保護板を介して燃焼室の炉長方向に付与するコークス炉の炉体締付け方法において、
   前記バックステーの、前記ドアフレームと前記炉締金物の間に設けた開口部に炉締伝達装置を貫通させ、前記炉締金物から前記炉締伝達装置を介してドアフレームに炉締力を伝達するようにしたことを特徴とするコークス炉の炉体締付け方法。
2. 前記炉締伝達装置は、前記ドアフレームと前記バックステー間の距離が変化した場合でも、当該炉締伝達装置と前記炉締金物との距離を一定にすることが可能な調節機能を有することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の炉体締付け方法。

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