(57)【要約】【課題】コークス炉、特に燃焼室の炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、燃焼室の膨張を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにする。【解決手段】乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガスを燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉の炉締め構造であって、バックステーは弓状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである。【選択図】図１（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガスを燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、前記コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉の炉締め構造であって、
前記バックステーは、弓状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである室炉式コークス炉の炉締め構造。
【請求項２】
前記コークス炉の炉長方向の両端面と前記バックステーとは、締め付け部材によって接続され、
この締め付け部材によって前記バックステーの両端部を前記コークス炉の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、前記バックステーに炉締力を付与する請求項１に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。
【請求項３】
前記締め付け部材は付勢部材を有する請求項２に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、室炉式コークス炉の炉締め構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
室炉式コークス炉は、図６（ａ）（ｂ）に示すような耐火煉瓦を積んだ大きな長方形の乾留炉であり、上半分に多数の炭化室２ａと燃焼室３ａとが交互に配置され、下半分には蓄熱室４を設けたコークス炉１である。炭化室２ａは、その中に上部に設けられた装入口２ｂから原料炭が入れられる。燃焼室３ａは、多数の焔道に分かれ、そこで、高炉ガスや石炭ガスなどの燃焼用ガスが絶えず燃やされ、両側の煉瓦壁を所要温度に熱されている。蓄熱室４は、燃焼用ガスの顕熱を回収利用するものであり、これによって、乾留用燃料を著しく節約することができる。
【０００３】
ところで、室炉式コークス炉では、炭化室２ａ内に充填した石炭の膨張圧に対抗するため、燃焼室３ａの炉締めをする必要がある。このため、従来、炉長方向の両端部にバックステー５を配する方法等が知られている。このバックステー５は、図７（ａ）に示すように、上端縁及び下端縁に、このバックステー５を炉締めする方向に押しつける張力を付与するクロスタイロッド８が配置され、バックステー５とクロスタイロッド８の接続部に設けられる炉締めスプリングによって炉締力が形成される。また、このバックステー５には、燃焼室３ａの端部に配された保護板６との間にロッドやスプリングを有する締め付け金物７が取り付けられる。この締め付け金物７は、バックステー５内の留め部とこの留め部に連結されたスプリング部とからなり、このスプリング部の先端部が保護板６や蓄熱室４に接続されている。これに伴い、バックステー５が締め付け金物７、保護板６を介して燃焼室３ａを締め付け、石炭の膨張圧やコークスケーキ押圧による燃焼室３ａの変形を抑制している。このため、バックステー５は炉締に対して出来る限り変形を抑制することが望ましい。
【０００４】
また、コークス炉の運転形態においてコークス炉１の炉長方向の両端部には、図８に示すように、押出機９ａ及びガイド車９ｂが配される。この押出機９ａは、出来上がったコークスを炭化室２ａから押し出す装置である。また、ガイド車９ｂは、炭化室２ａから押し出されたコークスを消火貨車９ｃへ案内する車体である。
【０００５】
前記の通り、ここで、図７（ａ）のバックステー５について炉締めを行い、荷重を掛けると、図７（ｂ）のバックステー５’のように湾曲が生じる。このとき、締め付け金物は荷重がかかった状態（図７（ｂ）の７’）となり、また、クロスタイロッドも荷重がかかった状態（図７（ｂ）の８’）となる。ここで、この湾曲が生じたままコークス炉が経年劣化すると、燃焼室が炉長方向に膨張し、図８に示すように、バックステー５’の初期の湾曲によって押出機９ａやガイド車９ｂが炉団方向の走行不能に陥るため、操業が出来なくなるまでの寿命が短くなってしまう。
【０００６】
これに対し、特許文献１や特許文献２に記載の通り、締め付け金物７を改良することにより、常時一定の炉締力を維持することが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１１３４７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１３７３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者の検討によれば、特許文献１、２のいずれの場合においても、炉締めで発生する初期のバックステーの湾曲を抑制するための機構は有していない。また、バックステーの変形を抑制する為にはバックステーに剛性（断面係数）の高い材料を用いることが有用な方法の一つとして考えられるが、バックステーを受け止めるコンクリートの躯体や基礎杭の強度アップなど高コストとなりこの方法を採用することは難しい。
【０００９】
そこで、この発明は、コークス炉、特に燃焼室の炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、特に運転初期のバックステー変形を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決する方法について検討を行った結果、バックステーの形状を検討することにより、上記課題を解決した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１１】
［１］乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガスを燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、前記コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉の炉締め構造であって、前記バックステーは、弓状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである室炉式コークス炉の炉締め構造。
【００１２】
［２］前記コークス炉の炉長方向の両端面と前記バックステーとは、締め付け部材によって接続され、この締め付け部材によって前記バックステーの両端部を前記コークス炉の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、前記バックステーに炉締力を付与する［１］に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。
［３］前記締め付け部材は付勢部材を有する［２］に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、以上のように、バックステーを弓状とするので、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が生じにくくなり、コークス炉、特に燃焼室の炉長方向の両端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することが可能となる。このため、長期間熱的な負荷の高い環境において、炭化室の膨張を抑制することができ、燃焼室の堅牢性を保持することが可能となる。そして、これにより、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に長期間にわたって継続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１（ａ）】この発明に係る、弓状のバックステー１５で炉締めした室炉式コークス炉の実施形態の例を示す部分斜視図。
【図１（ｂ）】図１（ａ）において、弓状のバックステー１５で炉締めする前の状態の室炉式コークス炉の実施形態の例を示す部分斜視図。
【図２（ａ）】図１（ａ）の正面断面図。
【図２（ｂ）】図１（ｂ）の正面断面図。
【図２（ｃ）】図１（ａ）、図１（ｂ）の部分側面断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）同実施形態で用いるバックステーの形状の例を示す側面図。
【図４】図２（ｂ）の要部切断正面図。
【図５】バックステーの他の例を示す要部模式図。
【図６】（ａ）従来のコークス炉を示す正面断面図、（ｂ）従来のコークス炉を示す部分側面断面図。
【図７】（ａ）従来のバックステーの例を示す側面図、（ｂ）従来のバックステーが炉締を行ったことにより湾曲した例を示す側面図、（ｃ）発明したバックステーの例を示す側面図、（ｄ）発明したバックステーは炉締めを行っても湾曲が抑制されている例を示す側面図。
【図８】コークス炉に押出機、ガイド車及び消火貨車を配した状態を示す模式図。
【図９】梁計算において撓み量を算出するために用いられる概念図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の説明に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。
【００１６】
この発明に用いられる室炉式コークス炉は、耐火煉瓦を積んだ大きな長方形の乾留炉であり、図１（ａ）や図２（ａ）に示すように、上側に多数の炭化室１２ａと燃焼室１３ａとが交互に複数配列され、下側には蓄熱室１４を設けたコークス炉１１である。この炭化室１２ａは、通常、直方体の箱で、この中に、上部に設けられた装入口１２ｂから原料炭、すなわち乾留させる石炭が投入される。前記燃焼室１３ａは、多数の焔道に分かれ、そこで、発生炉ガスや石炭ガスなどの燃焼ガスを絶えず燃やして、両側の煉瓦壁を熱する。前記蓄熱室１４は、燃焼ガスの顕熱を回収利用するものであり、これによって、乾留用燃料を著しく節約することができる。また、燃焼室点検口１３ｂは、燃焼室１３ａを点検するために設けられる。
なお、図１（ａ）や図２（ａ）に示すように、炭化室１２ａの長さ方向を炉長方向、炭化室１２ａと燃焼室１３ａとを交互に複数配列する方向、すなわち炉長方向と直角の方向を炉団方向という。
【００１７】
前記のコークス炉１１の炉長方向の両端部には、バックステー１５が配置され、コークス炉１１は、その炉長方向端面に炉締力が付与される。
このバックステー１５は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、全体を湾曲させた弓状形状を有する炉締め用バックステー１５’の両端部を前記コークス炉の端面に炉締めされたものである。具体的には、この弓状形状を有する炉締め用バックステー１５’をコークス炉１１に取り付けると、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、炉締め用バックステー１５’の上下端がコークス炉１１から離れた状態となるが、後述するように、炉締めを行うことにより、図１（ａ）、図２（ａ）、図７（ｄ）に示すように、炉締め用バックステー１５’は、コークス炉１１の中央部付近を押した状態となり、炉締め用バックステー１５’の全体がコークス炉１１に密着した状態となり、直線状のバックステー１５となる。
【００１８】
ところで、このバックステー１５（炉締め用バックステー１５’）の材質としては、例えば、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）を採用することができる。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。
【００１９】
具体例としては、図３（ａ）に示す炉締め用バックステー１５’ａや、図３（ｂ）に示す炉締め用バックステー１５’ｂがあげられる。
図３（ａ）に示す炉締め用バックステー１５’ａは、中央部を中心に全体を湾曲させ、かつ、この中央部を逆に湾曲させ、両端部と中央部を浮き上がらせたキャンバー形状のバックステーであり、図３（ｂ）に示す炉締め用バックステー１５’ｂは、中央部を中心に全体を湾曲させたロッカー形状のバックステーである。なお、キャンバー形状とした場合、両端部の浮き上がり部分が急カーブを形成する場合があるが、この浮き上がり部分をロッカー形状のように緩やかにしてもよい。なお、バックステー１５を部材として製造する際の加工のし易さの点では図３（ｂ）のバックステー１５’ｂがより好ましい。
この弓状の形状の炉締め用バックステー１５’を用いることにより、後述するように、コークス炉１１の炉長方向端面に押圧する力、すなわち、炉締力をより長期間付与することが可能となる。
なお、図３（ａ）に示すようなキャンバー形状の炉締め用バックステー１５’ａの中央部の逆湾曲部は、バックステーの両端部がある側と反対側の方向に力を加えると、図４に示すように、逆湾曲部のない湾曲状態とすることができる。このため、キャンバー形状のバックステーに後述する締め付け金物１７を介して後述する保護板１６に取り付けると、ロッカー形状のバックステーを取り付けた場合と同様に、図４に示すように、逆湾曲部のない湾曲状態で、コークス炉１１の端部に取り付けることができる。
【００２０】
前記炉締め用バックステー１５’が配される前記コークス炉１１の炉長方向の端面の位置は、主に燃焼室１３ａの炉長方向の端面の位置となる。これは、炭化室の両端面は、押出機やガイド車が接続され、製品コークスの排出が行われるため、これを邪魔しないためであり、また、燃焼室１３ａが長期間熱的な負荷の高い環境において、炭化室の膨張を抑制することが可能となり、燃焼室１３ａの堅牢性を保持することが可能となるからである。
また、前記炉締め用バックステー１５’が配される前記コークス炉１１の炉長方向の両端面の外壁には、図４に示すように保護板１６を設けることが好ましい。この保護板１６と前記炉締め用バックステー１５’とは、後述する締め付け金物１７で接続される。この保護板１６の位置には、炭化室のドアのドアフレーム（図示せず）が配される場合があるが、保護板１６としてこのドアフレームを用いてもよいし、また、保護板１６をドアフレームと重ねて設けてもよい。
【００２１】
前記コークス炉１１の炉長方向の両端面と前記炉締め用バックステー１５’とは、図４に示すように締め付け金物１７及び締め付け部材１８によって接続される。これにより、図１（ｂ）や図２（ｂ）に示す状態となる。
前記締め付け部材１８は、炉締め用バックステー１５’の両端部をコークス炉１１の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることのできる部材で、炉締め用バックステー１５’に炉締力を付与することができる。この炉締力をより大きく付与するため、締め付け部材１８は付勢部材を有してもよい。この締め付け部材１８の例としては、炉締め用バックステー１５’を炉締めする方向に押しつける張力を付与するクロスタイロッド等を用いることができる。このクロスタイロッドは、炉締め用バックステー１５’をコークス炉１１の炉長方向の端面に押しつけて炉締めする炉締めスプリングが設けられており、これにより炉締力が形成される。
【００２２】
具体的には、炉締め用バックステー１５’の両端部がコークス炉１１の炉長方向の端面から離れ、炉締め用バックステー１５’の湾曲された中央部付近の１箇所又は２箇所がその端面に接触するように、前記コークス炉１１の炉長方向の端面に炉締め用バックステー１５’を配する。そして、この炉締め用バックステー１５’の両端部に締め付け部材１８を配置する。そして、これで炉締め用バックステー１５’の両端部をコークス炉１１の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、直線状のバックステー１５となり、図１（ａ）や図２（ａ）に示す状態とすることとなる。これにより、バックステー１５（炉締め用バックステー１５’）の両端部は直接、コークス炉１１に炉締力を付与することができる。また、締め付け部材は、荷重がかかった状態（図７（ｄ）の１８’）となる。
【００２３】
また、バックステー１５（炉締め用バックステー１５’）の両端部以外の部分には、締め付け金物が設けられており、この締め付け金物は、荷重がかけられた状態となる（図７（ｄ）の１７’）となる。この荷重をかけた締め付け金物１７’で、保護部材１６（保護部材１６がない部分は、直接、コークス炉１１）を締め付けることができ、炉締力を付与することができる。
【００２４】
締め付け金物１７（荷重がかけられた締め付け金物１７’）は、バックステー１５（炉締め用バックステー１５’）内の留め部とこの留め部に連結されたロッド部やスプリング部とからなり、このロッド部やスプリング部の先端部が保護板１６や蓄熱室１４に接続されている。バックステー１５（炉締め用バックステー１５’）は、前記の通り、両端部でコークス炉１１に押しつけるように締め付けられているので、締め付け金物１７も保護部材１６等に押しつけられ、荷重がかけられた締め付け金物１７’の状態となる。このとき、締め付け金物１７（荷重がかけられた締め付け金物１７’）が付勢力を有すると、より強く保護部材１６を押すことが可能となり、炉締力を強化することができる。
【００２５】
締め付け金物１７（荷重がかけられた締め付け金物１７’）としては、図４に示すような、バックステー１５’内に配される留め部とこの留め部に連結されたロッド部とからなるものや、図示しないが、スプリング部からなるものがあげられる。この締め付け金物１７（荷重がかけられた締め付け金物１７’）の例として、図５に示すような締め付け装置２１をあげることができる。
図５に示す締め付け装置２１は、ばねの部分をバックステー１５ｃ（弓状形状を有する炉締め用バックステーに炉締め力を加えて直線状としたバックステーを図５に示す。以下、同様。）の内部に配した装置である。このバックステー１５ｃは、保護板１６と相対する内側フランジ２３ａ及び保護板１６から遠い位置に配された外側フランジ２３ｂを有する中空のバックステーで、全体の形状は、前記したバックステー１５（炉締め用バックステー１５’）と同様である。
ばね２２は、ばね締め付け金物２４とロッド２５の間に挟まれて配される。ばね締め付け金物２４はばねガイドロッド２３を介して、外側フランジ２３ｂに固定される。また、ロッド２５は、ばね２２を支えるばね抑えフランジ２５ａと保護板１６を押すロッド部２５ｂから構成され、ロッド部２５ｂは、内側フランジ２３ａを貫通するように設けられた内側フランジロッドガイド２６を通って、保護板１６と接触する。
そして、前記したように、バックステー１５ｃを取り付けることにより、ばね２２は縮み、その付勢力がロッド部２５ｂを介して保護板１６を押し、炉締力を付与する。
なお、ばね２２には、必要に応じて円筒状のカバーを取り付けてもよい。
【００２６】
また、前記弓状形状を有する炉締め用バックステー１５’の湾曲状態の両端部と最も湾曲された位置、すなわち、中央部付近であって、両端部からもっとも離れた位置との距離（図３（ａ）（ｂ）のＡ）と、湾曲状態の炉締め用バックステー１５’の両端縁の距離（図３（ａ）（ｂ）のＢ）との比Ａ／Ｂは、０．２８％以上が良く、０．３５％以上が好ましい。０．３５％以上であると、長寿命の点で有利となりやすい。一方、その上限は、０．７０％以下が良く、操業移動機である押出機やガイド車への接触を考慮する必要がある。
【００２７】
なお、前記の最も湾曲する部分の撓み量Ａの算出については、図９（ａ）（ｂ）で示される図を用いたとき、下記式（１）で示される撓み量算出式を用いて求めることができる。
【００２８】
【数１】
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【符号の説明】
【００２９】
１  コークス炉
２ａ  炭化室
２ｂ  装入口
３ａ  燃焼室
４  蓄熱室
５  バックステー
５’  湾曲したバックステー
６  保護板
７  締め付け金物
７’  荷重をかけた締め付け金物
８  クロスタイロッド
８’  荷重をかけたクロスタイロッド
９ａ  押出機
９ｂ  ガイド車
９ｃ  消火貨車
１１  コークス炉
１２ａ  炭化室
１２ｂ  装入口
１３ａ  燃焼室
１３ｂ  燃焼室点検口
１４  蓄熱室
１５、１５ｃ  バックステー
１５’、１５’ａ、１５’ｂ  炉締め用バックステー
１６  保護板
１７  締め付け金物
１７’  荷重をかけた締め付け金物
１８  クロスタイロッド（締め付け部材）
１８’  荷重をかけたクロスタイロッド（締め付け部材）
２１  締め付け装置
２２  ばね
２３  ばねガイドロッド
２３ａ  内側フランジ
２３ｂ  外側フランジ
２４  ばね締め付け金物
２５  ロッド
２５ａ  ばね抑えフランジ
２５ｂ  ロッド部
２６  内側フランジロッドガイド
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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