(57)【要約】      （修正有）【課題】コークス炉の稼働初期にも発生する蛇腹部端部耐火物の外側への迫出しを防止するとともに、蛇腹部端部耐火物表面に発生するスポーリング起因の損傷を防止することのできる室炉式コークス炉構造を提供する。【解決手段】室炉式コークス炉の炉長手方向端部の炭室１と蓄熱室３の間の要保護蛇腹部領域において、端部耐火物を外方から支持する支持部材２１を有し、支持部材２１を両側のバックステー４により保持する。これにより、蛇腹部端部耐火物の外側への迫出しを防止することができる。また要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんが２３とし、必要に応じてさらに耐火物の表面に断熱材層２４を設ける。これにより、蛇腹部端部耐火物表面に発生するスポーリング起因の損傷を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室炉式コークス炉の炭化室長手方向（以下「炉長手方向」）端部の炭化室と蓄熱室の間の領域であって、炉蓋枠下端下部のれんが１段よりも下方であり、蓄熱室の傾斜天井部上端より上方でかつ炉長手方向に向くガスダクトより上方であり、両側のバックステーで挟まれた領域を要保護蛇腹部領域と呼び、
前記要保護蛇腹部領域において端部耐火物を外方から支持する支持部材を有し、該支持部材は両側のバックステーにより保持されていることを特徴とする室炉式コークス炉構造。
【請求項２】
前記要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとすることを特徴とする請求項１に記載の室炉式コークス炉構造。
【請求項３】
前記要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物の表面に断熱材層を有していることを特徴とする請求項２に記載の室炉式コークス炉構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
室炉式コークス炉の炭化室長手方向端部の炭化室と蓄熱室の間の領域における室炉式コークス炉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、炉の下段に蓄熱室が配置され、蓄熱室の上（上段）に炭化室と燃焼室が交互に配置される。下段の蓄熱室と、上段の炭化室及び燃焼室との間の部分は蛇腹部と呼ばれる。蓄熱室、炭化室、燃焼室、蛇腹部はれんが積みで構築されるれんが構築物である。
【０００３】
図３（ａ）は、室炉式コークス炉の炭化室長手方向（以下「炉長手方向３１」）一方の端部付近の部分斜視断面図である。炭化室１の幅中央で切断し、炭化室の炉底部１７を中心に上方と下方の一部を示している。れんが構築物の炭化室長手方向（炉長手方向３１）の両端部には、れんが構築物に炉締力を付与するためのバックステー４が配置される。バックステー４は、燃焼室２を炉長手方向両端から拘束する位置に配置され、端部燃焼室２の耐火物とバックステー４との間には保護板６が配置される。
【０００４】
図２（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図２（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。炭化室１端部の窯口は、図２（ａ）の場合、炭化室１両側のバックステー（４ａ、４ｂ）の間の位置となる。窯口には金属製の炉蓋枠５が配置される。窯口を開閉する炉蓋（図示せず）は、炉蓋枠５によって保持される。炉蓋枠５はその両側部で保護板６に取り付けられている。
【０００５】
蓄熱室３は、炭化室１の直下に設けられている。図２（ｂ）に示すように、蓄熱室３の上下方向の形状は、幅一定の直胴部１３と、その上方に上すぼまりの勾配を有する傾斜天井部１４を有する。傾斜天井部１４のさらに上方に、前記直胴部１３よりも狭い幅で幅一定の天井直胴部１５を有する場合もある。
【０００６】
下段の蓄熱室３と上段の炭化室１及び燃焼室２との間の部分を蛇腹部１１と呼ぶ（図２（ｂ））。なお、図１〜３において、耐火物の断面は不規則ドットハッチングで示し、鋼材の断面は斜線ハッチングで示している。図２（ｂ）の耐火物断面（不規則ドットハッチング部）に記載されている横線は、れんが積みの上下方向継目部を示している。
【０００７】
コークス炉の炭化室は、炉稼働初期に常温から昇温した後は、コークス乾留中に１０００~１３００℃まで昇温し、乾留が完了してコークスを排出し新たに石炭を装入したときに約８００℃まで降温し、以後、この温度領域で昇温と降温を繰り返す。従って、炭化室耐火物として求められる特性は、第１に８００〜１４００℃の間で熱膨張率が小さく、容積安定性を有することである。さらに、耐摩耗性、高熱伝導率であること、ランニングコストが低いことが要求される。そして、それら要求を満足する耐火物として、炭化室耐火物には珪石質れんがが用いられている。また、炉体のれんが構築物の大部分には、炭化室耐火物と同じ珪石質れんがを用いることにより、炉体構造に極端な膨脹差が生じないようにしている。下段の蓄熱室３と、上段の炭化室１及び燃焼室２との間の部分（蛇腹部１１）についても、耐火物として珪石質れんがを用いている。
【０００８】
蛇腹部１１のうち、炉長手方向端部を構成する耐火物をここでは蛇腹部端部耐火物１２と呼ぶ。図３（ｂ）において、規則ドットハッチングを施した部分が、蛇腹部端部耐火物１２の端部側表面であり、紙ふぶきハッチングを示した部分が蛇腹部端部耐火物１２の断面を示している。
【０００９】
蛇腹部端部耐火物については、れんが損傷頻度が高くなることが知られていた。特許文献１、２においては、蛇腹部端部耐火物は、保護板、炉蓋枠、炉蓋の合計重量を支持するとともに、炉蓋着脱の衝撃を受けるため、これがれんが損傷の原因としている。特許文献１においては、端部の蓄熱室天井レベルを中央部の蓄熱室天井レベルより低くして、端部の蛇腹部の厚みを中央部の蛇腹部の厚みより厚くして、中央部の蛇腹部の厚みは従来どおりの厚みとしている。このように端部れんが積みの厚み寸法を厚くすることにより、蛇腹部端部耐火物の損傷防止を図っている。また、特許文献２においては、保護板をバックステーに固定することにより、蛇腹部端部耐火物に加わる荷重を低減し、蛇腹部端部耐火物の損傷防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−３１１４５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１２７５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
新設したコークス炉、あるいは耐火物を更新して稼働を再開したコークス炉について、稼働初期のコークス炉の状況を評価したところ、蛇腹部端部耐火物については、稼働初期であるにもかかわらず、蛇腹部端部耐火物が外側に迫り出す（せりだす）現象（迫出し）が見られた。また、蛇腹部端部耐火物の表面にスポーリング起因の損傷が発生しており、耐火物がスポーリングにより脆弱化していることが判明した。これらの現象は、炉蓋等の重量物の荷重によって発生する損傷とはいえず、特許文献１、２に記載の方法では問題を解決できない。
【００１２】
本発明は、コークス炉の稼働初期にも発生する蛇腹部端部耐火物の外側への迫出しを防止するとともに、蛇腹部端部耐火物表面に発生するスポーリング起因の損傷を防止することのできる室炉式コークス炉構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）室炉式コークス炉の炭化室長手方向（炉長手方向）端部の炭化室と蓄熱室の間の領域であって、炉蓋枠下端下部のれんが１段よりも下方であり、蓄熱室の傾斜天井部上端より上方でかつ炉長手方向に向くガスダクトより上方であり、両側のバックステーで挟まれた領域を要保護蛇腹部領域と呼び、
前記要保護蛇腹部領域において端部耐火物を外方から支持する支持部材を有し、該支持部材は両側のバックステーにより保持されていることを特徴とする室炉式コークス炉構造。
（２）前記要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとすることを特徴とする上記（１）に記載の室炉式コークス炉構造。
（３）前記要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物の表面に断熱材層を有していることを特徴とする上記（２）に記載の室炉式コークス炉構造。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の室炉式コークス炉構造において、要保護蛇腹部領域の端部耐火物を外方から支持する支持部材を有し、支持部材は両側のバックステーにより保持されていることにより、コークス炉の稼働初期にも発生する蛇腹部端部耐火物の外側への迫出しを防止することができる。
【００１５】
さらに、要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとし、必要に応じてさらに支持部材と耐火物との間に断熱材層を設けることにより、蛇腹部端部耐火物表面に発生するスポーリング起因の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を示す室炉式コークス炉端部の部分断面斜視図であり、（ａ）は支持部材を設けた例、（ｂ）は端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとした例、（ｃ）は支持部材と耐火物との間に断熱材層を設けた例である。
【図２】室炉式コークス炉を説明する図であり、（ａ）はＡ−Ａ矢視図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】室炉式コークス炉端部の部分断面斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す室炉式コークス炉端部の部分断面斜視図であり、（ａ）は支持部材を設けた例、（ｂ）は端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとした例、（ｃ）は支持部材と耐火物との間に断熱材層を設けた例である。
【図５】本発明の別の実施形態を示す室炉式コークス炉端部の部分断面斜視図であり、（ａ）は支持部材を設けた例、（ｂ）は支持部材とともに耐火物表面に断熱材層を設けた例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前述のとおり、室炉式コークス炉のれんが構築物を構成する耐火物の大部分は、珪石質れんがによって構成されている。珪石質れんがは、８００〜１４００℃の間で熱膨張率が小さいという特質を有している一方、常温から５００℃までの熱膨張率が１．１％程度と大きい。そのため、炉稼働初期にコークス炉を昇温するに際し、耐火物は大きく膨脹することとなる。
【００１８】
図２（ａ）、図３（ａ）からも明らかなように、炭化室長手方向（炉長手方向３１）の耐火物の熱膨張に関し、燃焼室２の部分はバックステー４及び保護板６によって拘束されている。炭化室の炉壁１６及び炉底部１７は、炉蓋枠５によって拘束され、炉蓋枠５は保護板６に保持されている。また、隣り合う蓄熱室を隔てる耐火物壁３２（図２（ｂ））は、バックステーにより拘束されている。蓄熱室３の部分についてはバックステーによる拘束が働いていないが、蓄熱室３が空間であるため、炉長手方向に占める耐火物の部分が少なく、またその少ない耐火物の炉長手方向の熱膨張は、蓄熱室の空間に吸収されるので、バックステーによる拘束がなくても耐火物の膨脹が悪影響することはない。
【００１９】
一方、炭化室と蓄熱室との間の蛇腹部１１については、炉長手方向全体に耐火物が充填されており、耐火物の熱膨張は炉長手方向３１で加算されて端部の長手方向膨張として顕在化する。一方で、蛇腹部１１のちうで炭化室１と蓄熱室３で挟まれた部分はバックステーによる拘束が存在しない。このため、炉稼働初期にコークス炉を昇温するに際し、蛇腹部のうちの当該部分は、珪石質れんがであるため常温から８５０℃までの大きな熱膨張が発生するのに対して昇温に伴う炉長手方向膨張を抑止することができず、炉稼働の初期段階において耐火物の迫出しが発生する結果となっていることがわかった。
【００２０】
本発明においては、図１（ａ）に示すように、炉長手方向端部の蛇腹部１１のちうで炭化室１と蓄熱室３で挟まれた部分について、蛇腹部端部耐火物１２（図３（ｂ）参照）を外方から支持する支持部材２１を設け、支持部材２１を両側のバックステー４により保持することにより、この問題を解決することができた。支持部材２１によって蛇腹部端部耐火物１２を外方から支持するので、炉稼働初期の昇温に際して耐火物が熱膨張しても、蛇腹部端部耐火物１２を外側から拘束し、耐火物の迫出しを防止することができる。
【００２１】
蛇腹部端部耐火物１２のうち、支持部材２１によって支持する必要がある必須の部位について検討した。炉長手方向端部の炭化室と蓄熱室の間の領域のうち、炉蓋枠５下端に接する１段のれんが（炉蓋枠下端下部のれんが１段１８（図２参照））については、上方から炉蓋枠５によって押しつけられていることもあり、支持部材２１による拘束がなくても迫出しを防止することができる。また、蓄熱室上方の耐火物領域のうち、蓄熱室の傾斜天井部１４に関しては、バックステーから外れて拘束されない部分のバックステー端部からの距離が短いため、やはり支持部材２１による拘束がなくても迫出しを防止することができる。従って、支持部材による拘束が必要な部位は、炉蓋枠下端下部のれんが１段１８よりも下方であり、蓄熱室の傾斜天井部上端１９より上方であって、両側のバックステー４で挟まれた領域である。さらに、当該領域内において、炉長手方向に向くガスダクト７が配置されている場合がある。通常は、蓄熱室の傾斜天井部の直上にＣＯＧガスダクトが炉長手方向に向いて配置されている。当該ガスダクト７が配置されたガスダクト部９は、支持部材２１による拘束がなくても迫出しが発生しないので支持部材を必要としない。従って、支持部材２１を必要とする部位は炉長手方向に向くガスダクト７より上方である。そこで、上記条件を満たし、支持部材２１による拘束が必要な部位を要保護蛇腹部領域２０と呼ぶことにする（図２（ａ）参照）。なお、蓄熱室３の形状として、図２に示すように、勾配を有する傾斜天井部１４のさらに上方に、直胴部１４よりも狭い幅で幅一定の天井直胴部１５を有する場合がある。このような構造において、天井直胴部１５については、支持部材２１を設けない場合には耐火物の迫出しが発生するので、傾斜天井部上端１９より上方であれば、天井直胴部１５が存在する場合もその部分は要保護蛇腹部領域２０に含まれる。また、図４（ａ）に示すように、炉蓋枠下端のれんが１段１８をも含めて、支持部材２１による拘束を行っても良い。
【００２２】
端部耐火物を外方から支持する支持部材２１としては、図１（ａ）に示すように、例えば要保護蛇腹部領域２０全体を外側から鋼板で支持し、さらにその鋼板の外側に補張材２２を設け、補張材２２の両端を左右のバックステー４に固定することによって構成することができる。補張材２２としては、チャンネル状、アングル状、ボックス状の鋼材を用いると好ましい。
【００２３】
前述のとおり、蛇腹部端部耐火物１２（蛇腹部耐火物のうち、炉長手方向端部に露出している部分の耐火物）の表面にスポーリング起因の損傷が発生しており、耐火物がスポーリングにより脆弱化していることが判明した。蛇腹部端部耐火物１２は珪石質れんがを用いて形成されている。蛇腹部端部耐火物１２を構成するれんがは、炉外の大気雰囲気に接しており、炉外側端面は低い温度となっている。一方、当該れんがの炉内側端面については炉内の高温部分に接しているので高い温度となっている。即ち、蛇腹部端部耐火物１２を構成するれんがは、炉外側端面から炉内側端面に向けて温度が上昇する温度勾配を有している。さらに、蛇腹部端部耐火物部分には外部から雨水の侵入が発生する。そのため、雨天においては侵入した雨水によって、炉外側端面の温度はさらに低下する。一方、蛇腹部端部耐火物１２として用いられる珪石質れんがは、８００〜１４００℃の間で熱膨張率が小さいという特質を有している一方、常温から１０００℃までの熱膨張率が１．２％と大きい。特に常温から５００℃までの熱膨張率が１．１％程度と大きい。そのため、れんが内に温度勾配が発生し、炉外側端面の温度が４００℃以下まで低下すると、れんが内に大きな熱応力が発生することとなる。蛇腹部端部耐火物１２の表面にスポーリング起因の損傷が発生していた原因は、このようなれんが内の温度勾配とそれによる熱応力によるものであることが判明した。
【００２４】
そこで本発明においては、要保護蛇腹部領域２０の支持部材２１による支持に加え、図１（ｂ）に示すように、蛇腹部端部耐火物１２のうちで要保護蛇腹部領域２０に接する部分の材質を珪石質れんがから粘土質れんが又は高アルミナ質れんが２３に変更することにより、この問題を解決した。粘土質れんがや高アルミナ質れんがは、常温から１０００℃までの熱膨張率が０．６〜０．７％程度であって珪石質れんがに比較して大幅に小さくなるので、れんが内の温度勾配に起因するスポーリングの発生を抑制することができる。本発明で具体的には、要保護蛇腹部領域２０において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとすることにより、発明の効果を発揮することができる。要保護蛇腹部領域１２には、炉蓋枠下端に接する１段のれんが（炉蓋枠下端下部のれんが１段１８）は含まれないので、粘土質れんが又は高アルミナ質れんが２３とする領域は図１（ｂ）に示す領域となる。本発明において、炉蓋枠下端下部のれんが１段１８についても、図４（ｂ）に示すように、珪石質れんがから粘土質れんが又は高アルミナ質れんが２３に変更すると、より好ましい結果を得ることができる。
【００２５】
なお本発明において、粘土質れんがとは、熱間膨張率０．６％程度で、組成はＳｉＯ2；約５０％，Ａｌ2Ｏ3；約４５％の嵩比重２程度のれんがをいう。また高アルミナ質れんがとは、熱間膨張率０．６％程度で、組成はＳｉＯ2；約３５％，Ａｌ2Ｏ3；約６０％の嵩比重２．３程度のれんがをいう。
【００２６】
特許文献２においては、保護板をバックステーに固定することにより、蛇腹部端部耐火物に加わる荷重を低減し、蛇腹部端部耐火物の損傷防止を図っている。本発明では、蛇腹部端部耐火物の材質を珪石質れんがから粘土質れんが又は高アルミナ質れんがに変更することにより、蛇腹部端部耐火物のスポーリング発生を抑えることができるので、蛇腹部端部耐火物に炉蓋枠などの荷重がかかったとしても蛇腹部端部耐火物のスポーリング起因損傷を防止することができる。従って、特許文献２に記載の発明を実施することを要しないという効果を有している。
【００２７】
本発明では、蛇腹部端部耐火物の材質を珪石質れんがから粘土質れんが又は高アルミナ質れんがに変更することに加え、図１（ｃ）に示すように、耐火物の表面に断熱材層２４を有することにより、さらに耐火物のスポーリングの発生を防止することができる。断熱材層２４を有することにより、蛇腹部端部耐火物の炉外側表面の温度を上昇させることができ、れんが内の温度勾配を小さくすることができるからである。図１（ｃ）に示す例では、要保護蛇腹部領域２０において、支持部材２１と耐火物との間に断熱材層２４を有している。要保護蛇腹部領域２０には、炉蓋枠下端に接する１段のれんが（炉蓋枠下端下部のれんが１段１８）は含まれないので、断熱材層２４を有する領域は図１（ｃ）に示す領域となる。本発明において、炉蓋枠下端に接する１段のれんがについても、図４（ｃ）に示すように耐火物表面に断熱材層２４を有するとより好ましい結果を得ることができる。断熱材層２４としては、厚み５０ｍｍ程度のセラミックファイバー断熱材を用いると好ましい。
【００２８】
断熱材層は伸縮性を有するので、支持部材と端部耐火物の間に断熱材層が形成されると、支持部材による拘束力が弱まる恐れがある。断熱材層を有する場合でも支持部材によって端部耐火物を直接支持する必要がある。例えば図５（ａ）に示すように、支持部材２１を直接耐火物に接して設け、補張材２２と支持部材２１との間に連結ロッド２５を設ける。この場合、断熱材層２４は、図５（ｂ）に示すように、支持部材２１と補張材２２との間に設置することができる。なお、支持部材２１の設置範囲については、必ずしも要保護蛇腹部領域２０の全範囲を覆う必要はなく、炉の横方向については、図５（ａ）に示すように、支持部材２１の設置範囲が要保護蛇腹部領域のうちの一部から外れていてもよい。また炉の上下方向についても、要保護蛇腹部領域２０に含まれる耐火物段積みの各段において、耐火物の一部を支持部材２１によって支持していれば、各段耐火物の上下方向全体を支持部材２１によって支持する必要はない。
【実施例】
【００２９】
耐火物を更新して稼働を再開する室炉式コークス炉について、耐火物更新時に本発明を適用した。炉団の炉室毎に、本発明例１、本発明例２、本発明例３、比較例として以下の形状を採用した。
【００３０】
本発明例１については、図５（ａ）に示すように、要保護蛇腹部領域２０において支持部材２１を直接耐火物に接して設け、補張材２２と支持部材２１との間に連結ロッド２５を設ける構造とした。要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物には珪石質れんがを用いている。本発明例２については本発明例１に加え、要保護蛇腹部領域において、端部に露出する耐火物を粘土質れんが又は高アルミナ質れんがとした。本発明例３については本発明例２に加え、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の支持部材２１に加え、断熱材層２４を設置した。断熱材層２４としては、厚さ１０ｍｍのファイバーセラミックボードを用いた。比較例としては、これら対策を一切施さない形状とした。
【００３１】
以上のような形状を設けつつ耐火物を更新してコークス炉の稼働を再開し、稼働初期のコークス炉の状況を評価した。
【００３２】
比較例においては、稼働初期であるにもかかわらず、蛇腹部端部耐火物が外側に１５〜２０ｍｍ程度迫り出す現象（迫出し）が見られた。一方、スポーリングについては広範囲で目視確認された。
【００３３】
本発明例１については、蛇腹部端部耐火物の迫出しは２〜３ｍｍ程度であり、比較例に比較して大幅な改善を見ることができた。一方、スポーリングについては多少目視確認された。
【００３４】
本発明例２については蛇腹部端部耐火物の迫出しは２〜３ｍｍ程度であり、比較例に比較して大幅な改善を見ることができた。一方、スポーリングについては殆ど目視確認できなかった。
【００３５】
本発明例３については、蛇腹部端部耐火物の迫出しは本発明例２と同様であった。さらに本発明例３については、スポーリングが全く目視確認できなかった。
【符号の説明】
【００３６】
１  炭化室
２  燃焼室
３  蓄熱室
４  バックステー
５  炉蓋枠
６  保護板
７  炉長手方向ガスダクト
８  ガスダクト
９  ガスダクト部
１１  蛇腹部
１２  蛇腹部端部耐火物
１３  直胴部
１４  傾斜天井部
１５  天井直胴部
１６  炉壁
１７  炉底部
１８  炉蓋枠下端下部のれんが１段
１９  傾斜天井部上端
２０  要保護蛇腹部領域
２１  支持部材
２２  補張材
２３  粘土質れんが又は高アルミナ質れんが
２４  断熱材層
２５  連結ロッド
３１  炭化室長手方向（炉長手方向）
３２  隣り合う蓄熱室を隔てる耐火物壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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