JP6822064B2 - 室炉式コークス炉の炉締め構造及び炉締め方法 - Google Patents

Description

本発明は、室炉式コークス炉の炉締め構造及び炉締め方法に関する。

室炉式コークス炉は、概ね上下に２層構造となっており、下層に蓄熱室、上層に炭化室と燃焼室が配置される。図３に、炉団長方向に垂直な断面を示す模式図を示す。上層（天井部１ａ、燃焼室１ｂ）と下層（蓄熱室１ｄ）との間に蛇腹部１ｃ（コーベル部とも呼ばれる。）、蓄熱室１ｄの下にソールフリュー１ｅ（水平炎道）が配置される。炭化室は炉長方向に１６ｍ程度、高さが６ｍ程度、炉団長方向に幅が０．５ｍ程度であり、燃焼室は同様の炉長、高さで幅が０．８ｍ程度であり、炭化室と燃焼室が炉団長方向に交互に配置されて炉団を形成している。これら天井部、炭化室、燃焼室、蛇腹部、蓄熱室、ソールフリューは煉瓦積みで構築される煉瓦構造物である。

燃焼室１ｂの炉長方向両端には、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂが配置され、各々の上下に連結した上部クロスタイロッド３ａ、下部クロスタイロッド３ｂにより、外側から炉長方向に煉瓦構造物に上部クロスタイロッドの張力１０ａ、下部クロスタイロッドの張力１０ｂが付与されている。上部クロスタイロッドの張力１０ａ、下部クロスタイロッドの張力１０ｂは、バックステーとクロスタイロッドの接続部に設けられる炉締スプリング６ａによって形成される。さらに、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂの各部にスプリング等の炉締金物６ｂにより、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂから煉瓦構造物（１ａ乃至１ｅ）の高さ方向全体を締め付けることも行われている（特許文献１、２）。

この際、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂに設けられた炉締金物６ｂからの炉締力は、炉の内側方向、保護板４に伝達され、保護板４によって煉瓦構造物（１ａ乃至１ｅ）を間接的に締め付ける。

なお、図では省略しているが、炭化室の炉長方向両端部には炉枠が設けられ、炉枠には炭化室のドアーが接続される。バックステーからの炉締力は、炉枠を介して保護板に伝わり、保護板により燃焼室の煉瓦構造物を締め付ける働きをしている。

また、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂの外側には、プラットホーム床梁５ａ、プラットホーム柱５ｂにより構成されるプラットホームが設けられている。ガイド車側バックステー２ａ側のプラットホーム床梁５ａ上には、ガイド車８が走行可能である。一方、押出機側バックステー２ｂ側にもプラットホームが設けられ、押出機側バックステー２ｂ側のプラットホームの外側は、押出機７ａを移動させる押出台車７ｂが走行するレール１５が設けられている。コークスの乾留が終わると、押出機７ａによりコークスをガイド車８へと押し出し、ガイド車８を経て所定の場所に回収する。また、回収時に燃焼したコークスを消火する消火車９がプラットホーム脇を走行する。

特開２０１３−１０４０４８号公報 実開昭５５−１１６０５１号公報

近年、既存のコークス炉の老朽化等により、経年劣化したコークス炉を取り壊し、新たなコークス炉の建設が行われている。新築する際には、すべてのコークス炉を一度に立て替えると高炉へのコークスの供給が停止することから、一部ずつの立て替えが行われる。この時、コークス炉の上面図である図４に示したように、寿命前で稼働中の既設コークス炉１０１に隣接して新設コークス炉１００を新築する。それは、既設コークス炉１０１のプラットホーム床梁５ａや押出台車７ｂ、及び消火車のレール１５を既設コークス炉１０１前から新設コークス炉１００前まで延長し、既設コークス炉１０１で使用されているガイド車８や押出機７ａ、押出台車７ｂ、及び消火車９を共用するためである。レール１５を既設コークス炉１０１前から新設コークス炉１００前まで延長する際、移動機の脱線を鑑みて、無理やりな角度での擦り合わせをせずに基本的に既存のレール１５をそのままほぼ直線的に延長する必要がある。

一方、新築するコークス炉は、バックステーから炉締金物６ｂを介して煉瓦構造物を締め付ける炉締力を従来よりも高くし、より高強度の構造物とすることが求められている。しかしながら、炉締力を高くすると、図５に概念図として誇張して示したように、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂの中間部分が外側に大きくたわみ、たわみ量が増大する。バックステーは、炉締金物６ｂから炉締金物の反力１１を受け、炉締金物の反力１１は、炉締金物６ｂを介しての炉締力に等しい。従来よりも炉締力を高くしたことに対応して炉締金物の反力１１も高くなり、それによってバックステーのたわみ量も増大するためである。

ここで、図５の押出機７ａ側のプラットホーム床梁５ａとプラットホーム柱５ｂとの接続部分の拡大図である図６（図５のだ円形部分）を示す。プラットホーム床梁５ａとプラットホーム柱５ｂの間には、煉瓦構造物の膨張と、押出機側バックステー２ｂのたわみによるプラットホーム床梁５ａの水平方向の移動をある程度吸収し、プラットホーム柱５ｂを垂直に保つためのスベリ機構１４が設けられている。また、ガイド車８側のプラットホーム床梁５ａとプラットホーム柱５ｂにも同様のスベリ機構１４は設けられている。
スベリ機構１４は、炉外側方向にたわんだガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂにより図６（Ａ）で示した位置よりプラットホーム床梁５ａが外側方向に押し出された際に、図６（Ｂ）で示したような位置に滑らせる。

図４に示したように既存のレール１５を新設コークス炉１００前までそのままほぼ直線的に延長して敷設をした場合、炉体芯からレール１５までの距離は、既設コークス炉１０１も新設コークス炉１００も一緒となる。そのため、新設コークス炉１００において、炉締力を高くすると、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂのたわみ量が大きくなり、図５より明らかなように、押出機側バックステー２ｂと押出機７ａとの干渉、ガイド車側バックステー２ａとガイド車８との干渉が起こることがある。すなわち、押出台車７ｂ上の押出機７ａは、外側に移動不能なレール１５上にあるため、押出機側バックステー２ｂが外側にたわむと、押出機側バックステー２ｂに干渉する。一方、ガイド車８は、ガイド車側バックステー２ａが外側にたわむに従い、ガイド車８が走行しているプラットホーム床梁５ａもバックステーのたわみのために外側方向に移動するので、ガイド車８も外側方向にやや移動する。しかしながら、ガイド車側バックステー２ａがたわむ量は、上下の高さで異なるため（プラットホーム床梁５ａの高さのたわみ量と、それより上のたわみ量が異なるため）、そのたわみ量の差分によって、ガイド車８への、ガイド車側バックステー２ａの干渉が起こることがある。そのため、バックステーのたわみにより、押出機７ａ、ガイド車８が通行できなくなる。
また、図５、図６（Ｂ）の実線に示すように、プラットホーム柱５ｂの外側に飛び出すプラットホーム床梁５ａの長さが大きくなる。そうすると、図５、図６（Ｂ）に示したように、プラットホーム床梁５ａの外側先端が、押出台車７ｂ、消火車９等の移動機の走路に干渉し、移動機が走行できなくなる。バックステーのたわみが大きくなることに伴うプラットホーム床梁５ａの、移動機への干渉を避けるためには、バックステーの建設位置を炉内側へ設計変更する必要があり、そうなると炉体煉瓦の炉長方向の寸法が小さくなり炉容積が小さくなる。さらに、スベリ機構１４が経年により動きにくくなった場合に、図５、図６（Ｂ）に一点鎖線で示したように、プラットホーム柱５ｂが傾く恐れがある。

そこで、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂのたわみ量を抑制する方法として、バックステーのサイズを大型化し、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂ自体の剛性を上げることが考えられるが、以下の課題が生じる。

剛性を上げるためには、バックステーの太さをかなり大幅に太くする必要があり、バックステーサイズが大きくなり重量増による製作費、据付費が増す。

前述のとおり既存のレール１５を新設コークス炉１００前までそのままほぼ直線的に延長して敷設をした場合、炉体芯からレール１５までの距離は、既設コークス炉１０１も新設コークス炉１００も一緒となる。その結果、新設コークス炉１００の炉長は、既設コークス炉１０１とほぼ同じ炉長となるので、バックステーのサイズを大型化すると、従来よりもバックステーが炉内側にせり出し、コークス炉の炉容積を小さくせざるを得なくなるので採用できない。

本発明は、既設のコークス炉と概ね同じ大きさのバックステーを用いて、炉締力を増加させても、バックステーのたわみを緩和することができ、その結果、たとえば、移動機との干渉を防止することができる室炉式コークス炉の炉締め構造及び炉締め方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）炉団長方向に炭化室と燃焼室が交互に配置され、燃焼室の炉長方向外側に、互いに対向するバックステーが配置され、
前記対向するバックステーは、各々の上部、下部で、上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドが連結されており、
前記連結された上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドを締めつけることにより前記対向するバックステーが燃焼室の炉長方向に炉締力を付与しており、
前記バックステーの炉長方向外側にプラットホームが配置された室炉式コークス炉の炉締め構造であって、
前記プラットホームを支持するプラットホーム柱に、プラットホーム床梁を介し、炉長方向中心に向けて前記バックステーを外側から押し込む付勢手段を有することを特徴とする室炉式コークス炉の炉締め構造。
（２）炉団長方向に炭化室と燃焼室が交互に配置され、燃焼室の炉長方向外側に、互いに対向するバックステーが配置され、
前記対向するバックステーは、各々の上部、下部で、上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドが連結されており、
前記連結された上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドを締めつけることにより前記対向するバックステーが燃焼室の炉長方向に炉締力を付与しており、
前記バックステーの炉長方向外側にプラットホームが配置された室炉式コークス炉の炉締め方法であって、
前記プラットホームを支持するプラットホーム柱に、プラットホーム床梁を介し、炉長方向中心に向けてバックステーを外側から押し込む付勢手段を有し、
前記付勢手段により前記バックステーを外側から押し込むことを特徴とする室炉式コークス炉の炉締め方法。

本発明によれば、炉締力を増加させる際、炉体、移動機との取り合いを変更する事なく、且つバックステー自体の外形寸法を大きく変更することもなく対応ができる。炉容積を小さくする事もなく、バックステーの製作費及び据付費の抑制が可能である。

本発明の室炉式コークス炉の炉締め構造とバックステーに負荷する力を示した図である。 本発明のプラットホーム柱とプラットホーム床梁の接続部の拡大図である。 従来の室炉式コークス炉の炉締め構造とバックステーに負荷する力を示した図である。 既設のコークス炉に隣接して新設される本発明の室炉式コークス炉の位置を示す上面図である。 従来の室炉式コークス炉の炉締め構造と、バックステーに負荷する力が増加した場合のバックステーのたわみを示した概念図である。 従来のプラットホーム柱とプラットホーム床梁の接続部の拡大図であり、スベリ機構の挙動を説明する図である。 炉締金物（スプリング）を用いた炉締め構造を示す部分平面断面図である。 本発明の炉締め構造による、バックステーの高さ方向各部のたわみを示した図である。

本発明の炉締構造は、図１、２に示したように、プラットホームを支持するプラットホーム柱５ｂに、プラットホーム床梁５ａを介し、炉長方向中心に向けてガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂを外側から押し込む付勢手段１２を有する点を最大の特徴とする。図２は、ガイド車８側のみの拡大図であるが、押出機側も同様に付勢手段１２を設ける。すなわち、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂのサイズを大きくせず、たわみ量を抑制するため、プラットホーム柱５ｂを支点としたスプリング、油圧等の推力装置である付勢手段１２でガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂのたわみ方向とは逆方向で押しつけるものである。これにより、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂが炉締機構（上部クロスタイロッド３ａ、下部クロスタイロッド３ｂ、炉締金物６ｂ）によって炉外側方向へ変形するたわみ変形量を減少させることができる。

炉長方向中心に向けてバックステーを外側から押し込む付勢手段１２は、バックステーのたわみを外側から押し込んで外側へのたわみを防止するものである。具体的な手段としては、前述のようにスプリング、油圧、ネジによる締め込み等、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂがたわもうとする力、あるいはたわみ変位を抑え込めればよい。たとえば付勢手段１２により、数Ｔｏｎから数十Ｔｏｎのバックステーへの押し込み力１３を各々のバックステーに外側から付与する。付勢手段１２としては、スプリングを用いれば、スプリングを締め付ける長さで負荷する力を管理でき、特段の動力を必要としないので好ましい。また、スプリングは、石炭乾留過程の炉体温度変化、外気温変化等による炉体煉瓦の膨張収縮に追随できる点、及び操業管理をする上で定量的に推力を管理できる点でネジによる締め込みより優れているので好ましい。

また、従来にもスベリ機構１４は設けられていたが、本発明の炉締構造においては、プラットホーム柱５ｂと、プラットホーム床梁５ａの間に、水平方向に摺動自在なスベリ機構１４を設けることが好ましい。摺動自在なスベリ機構１４によりプラットホーム床梁５ａとプラットホーム柱５ｂがスムーズに摺動し、プラットホーム柱５ｂから付勢手段１２によって付与される押し込む力をプラットホーム床梁５ａにロスなく付与することができる。
摺動自在なスベリ機構１４の具体的な手段として、プラットホーム柱５ｂと、プラットホーム床梁５ａの間に、ベアリング、相互に噛みあうレール、車輪、歯車等を設けることが挙げられる。

また、本発明の炉締構造は、周知のように、上部クロスタイロッド３ａと下部クロスタイロッド３ｂの間の中間部に、バックステーからの炉締力を煉瓦構造物に伝達するため、ディスタンスピース、押しボルト等を設けることができる。これらを設けることにより、煉瓦構造体が熱膨張した際にバックステーがたわんでも、たわんだ分の距離を、ディスタンスピース、押しボルトで押し込むことができるので、燃焼室の高さ方向の炉締力を調整することができる。
さらに、ディスタンスピース、押しボルトに代えて、スプリング等からなる炉締金物６ｂを、上部クロスタイロッド３ａと下部クロスタイロッド３ｂの間、ガイド車側バックステー２ａ、押出機側バックステー２ｂの中間部に設けることができる。図１に示した例は、燃焼室１ｂ部分に炉締金物６ｂを用いている。炉締金物６ｂと炉締金物６ｂは、スプリングと、スプリングをバックステーに固定させる金物、及びスプリング力を作用させる金物等で構成する。
図７に炉締金物６ｂ（スプリング）を用いた炉締め構造を示す部分平面断面図を示した。炉締金物６ｂは、たとえば図７のように、バックステーからスプリングにより、炉枠４１を炉長方向に押し付ける。押し付けられた炉枠４１は、保護板４を介して煉瓦構造物２０に締付力を付与する。なお、図１等には記載を省略しているが、蓄熱室１ｄは、蓄熱押え金物を介して、煉瓦構造物が締め付けられている。また、炉締金物６ｂは、一つの側のバックステー、たとえばガイド車側バックステー２ａにそれぞれ、５〜１２個設けることが好ましい。もちろん、対向する反対側の押出機側バックステー２ｂには、炉中心向きに負荷できるように、炉締金物６ｂをガイド車側バックステー２ａと同じ高さ位置と数で設けるべきであることは言うまでもない。なお、炉締金物６ｂ同士の縦間隔は、０．３〜２ｍが炉締力のバランスをとるために好ましい。

一方、本発明の室炉式コークス炉の炉締め方法としては、付勢手段１２により、バックステーへの押し込み力１３を付与すれば、たわみを軽減することができる。その結果、移動機の運行を妨げることがない。

解体前のコークス炉において、図３に示すように、上部クロスタイロッドの張力１０ａの大きさＵと、下部クロスタイロッドの張力１０ｂの大きさＬの張力合計（Ｕ＋Ｌ）を炉締力とし、炉締力２８Ｔｏｎの炉締構造をしていた（従来例１）。これに対し、新築のコークス炉において、炉締力を６４Ｔｏｎに増大させることを計画した。バックステーの剛性は、可能な範囲内で増大させることとし、解体前のバックステーを「低剛性」、新築のバックステーを「高剛性」と呼ぶ。さらに、本発明の付勢手段を追加して図１に示すような炉締め構造とし（本発明１）、バックステーのたわみ量が従来例１と同等となるように計画した。力学計算によってたわみ量を求めた。比較のため、解体前のバックステーを用いて炉締力を６４Ｔｏｎに増大させた場合（比較例２）、バックステーを「高剛性」としたが、本発明の付勢手段を用いない場合（比較例３）についても力学計算を行った。

結果を表１に示す。本発明１において、付勢手段により押し込む力の大きさＭを１０Ｔｏｎとしたところ、総炉締力（Ｕ＋Ｌ＋Ｍ）を６４Ｔｏｎに増大したにもかかわらず、従来例１と同様にたわみ量を２９ｍｍに抑えることができた。

太字下線で示した数値は本発明範囲外。

表１に示したように、本発明の炉締め構造により、付勢手段１２によって、所定の押しつけ力を付与することにより、従来例１に比べてたわみ量を増加させずに、炉締力を向上させて、煉瓦構造物の強度を向上させることができた。
本発明１について、バックステーのたわみ量を実測した。結果を図８に示す。図８において、バックステーの根元にある基礎をバックステーの高さ０としている。また、プラットホームの位置は図８の６ｍ弱である。図８より、バックステーのたわみ量は最大で２４ｍｍであり、表１の力学計算とほぼ同じ結果を得ることができた。

本発明の室炉式コークス炉の炉締め構造及び炉締め方法は、既設のコークス炉と同じ大きさと強度のバックステーを用いることができるので、炉締力を増加させても、バックステーのたわみを緩和することができる。その結果、移動機との干渉を防止することができる。また、バックステーや炉容積、既設移動機と炉体窯口構造と取り合い、既設の移動機の軌道を変更する必要がないので、建設コストが抑えられる。

１ａ……天井部
１ｂ……燃焼室
１ｂ２…炭化室
１ｃ……蛇腹部
１ｄ……蓄熱室
１ｅ……ソールフリュー
２………バックステー
２ａ……ガイド車側バックステー
２ｂ……押出機側バックステー
３ａ……上部クロスタイロッド
３ｂ……下部クロスタイロッド
４………保護板
４１……炉枠
５ａ……プラットホーム床梁
５ｂ……プラットホーム柱
６ａ……炉締スプリング
６ｂ……炉締金物
７ａ……押出機
７ｂ……押出台車
８………ガイド車
９………消火車
１０ａ…上部クロスタイロッドの張力
１０ｂ…下部クロスタイロッドの張力
１１……炉締金物の反力
１２……付勢手段
１３……付勢手段によるバックステーへの押し込み力
１４……スベリ機構
１５……レール
２０……煉瓦構造物
３１……炉団長方向
３２……炉長方向
１００…新設コークス炉
１０１…既設コークス炉

Claims (2)

1. 炉団長方向に炭化室と燃焼室が交互に配置され、燃焼室の炉長方向外側に、互いに対向するバックステーが配置され、
   前記対向するバックステーは、各々の上部、下部で、上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドが連結されており、
   前記連結された上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドを締めつけることにより前記対向するバックステーが燃焼室の炉長方向に炉締力を付与しており、
   前記バックステーの炉長方向外側にプラットホームが配置された室炉式コークス炉の炉締め構造であって、
   前記プラットホームを支持するプラットホーム柱に、プラットホーム床梁を介し、炉長方向中心に向けて前記バックステーを外側から押し込む付勢手段を有することを特徴とする室炉式コークス炉の炉締め構造。
2. 炉団長方向に炭化室と燃焼室が交互に配置され、燃焼室の炉長方向外側に、互いに対向するバックステーが配置され、
   前記対向するバックステーは、各々の上部、下部で、上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドが連結されており、
   前記連結された上部クロスタイロッド、下部クロスタイロッドを締めつけることにより前記対向するバックステーが燃焼室の炉長方向に炉締力を付与しており、
   前記バックステーの炉長方向外側にプラットホームが配置された室炉式コークス炉の炉締め方法であって、
   前記プラットホームを支持するプラットホーム柱に、プラットホーム床梁を介し、炉長方向中心に向けてバックステーを外側から押し込む付勢手段を有し、
   前記付勢手段により前記バックステーを外側から押し込むことを特徴とする室炉式コークス炉の炉締め方法。

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