(57)【要約】【課題】高い乾留温度に初期形状を長期間保持する断熱ボックス１２を付設した炉内燃焼隔離室１３を有するコークス炭化炉蓋を提供する。【解決手段】石炭粒子２を加熱し乾留するコークス炭化炉１の炉口枠４に当接するシールプレート９を介して該コークス炭化炉１の出入口１１を開閉する炉蓋構造体３と該炉蓋構造体３のコークス炭化炉側に突設した炉内ガス燃焼隔離室１３との間に、オーステナイト組織地にフェライト組織が１０〜７０％を析出した２相ステンレス鋳鋼製ケース１６に断熱材１７を充填した断熱ボックス１２を介装したコークス炭化炉用昇温炉蓋である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭粒子を加熱し乾留するコークス炭化炉の炉口枠に当接するシールプレートを介して該コークス炭化炉の出入口を開閉する炉蓋構造体と該炉蓋構造体のコークス炭化炉側に突設した炉内ガス燃焼隔離室との間に、Ｎｉ当量：９．０〜２２．０％、Ｃｒ当量：２２．０〜〜３４．５％でかつオーステナイト組織地に１０〜７０％のフェライト組織を分散共存した二相ステンレス鋳鋼製ケースに断熱材を充填した断熱ボックスを介装した事を特徴とするコークス炭化炉用昇温炉蓋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コークス炭化炉の出入口を開閉する炉蓋構造体のシールプレートと該炉蓋構造体のコークス炭化炉側に突設した炉内ガス燃焼隔離室との間に、二相ステンレス鋳鋼製の断熱ボックスを設けたコークス炭化炉用昇温炉蓋に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来からコークス炭化炉の出入口（コークス押出機側口とコークス排出側口）を開閉するドア（炉蓋）には、多くの種類の炉蓋が開発されている。中でも特開平１０−２５４８０号公報や特開２００１−２８８４７２号公報などの特許公報で紹介される様に、コークス炭化炉の炉口枠を押圧する鉄骨構造の炉蓋構造体のコークス炭化炉側に、乾留中の石炭粒子から発生する炉内ガスを漏洩防止するシールプレートを介して、石炭粒子の乾留温度に耐えられる大塊の耐火煉瓦を設けた、高気密性で頑丈な耐熱構造の炉蓋が多く使用されている。炉蓋は、耐火煉瓦の内張りによって、長い期間を使用できる。しかしながら、炉蓋はコークス窯出し毎にコークス炭化炉の出入口を開閉し、開放時には耐火煉瓦を急速に冷却し閉塞時にはコークス炭化炉から大量の乾留熱を吸収するため、炉蓋付近に装入された石炭粒子の速い昇温速度が得られず、乾留不充分な不良コークスを多量に発生する問題があった。【０００３】  この問題を解消するために開発されたのが、実開平３−９２７２３号公報や実開平５−８１２５２号公報や特開２００４−１４９７４９号公報などで紹介される様に、上記した従来の耐火煉瓦に代わって炉蓋側に炉内ガスを流動させる炉内ガス流通ボックスを設けた構造の炉蓋である。炉蓋構造体のコークス炭化炉側に、断熱効果の高いセラミックファイバーを充填したステンレス鋼製断熱ボックスを介して、薄い金属板を遮蔽部材とするコーキングプレートのガス通路を設けた炉蓋、あるいは石炭粒子の侵入を防止する金属製短冊板を左右上下に通気間隙を設けて縦横に並列した無底構造の炉内ガス流通ボックスを設けた炉蓋などがある。さらに特許第２９５３３１９号公報や特開平９−５３０７８号公報などで紹介される様に、前記したコーキングプレートのガス通路内や炉内ガス流通ボックス内に設けたノズルから空気や酸素を吹込みながらガス通路内などを流れる高温度の熱を保有する炉内ガスの一部を燃焼させ、上昇する燃焼ガスによって、炉蓋近傍の石炭粒子を加熱する構造の炉蓋がある。この様な加熱構造の炉蓋は、前記した耐火煉瓦構造の炉蓋に較べ、軽量でかつ炉蓋付近の石炭粒子を加熱するなど多くの効果がある。また断熱ボックスに供される材料は、ボイラー部品、燃焼室部品、ガスタービン部品などに使用される同様のＳＵＳ３１０Ｓ（Ｃ：＜０．８％、Ｓｉ：＜１．０％、Ｍｎ：＜２．０％、Ｎｉ：１９〜２２％、Ｃｒ：２４〜２６％を含有して、残部が実質的にＦｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼）で、耐熱性に優れ、炉内ガスに対しても耐蝕性を示し、フェライト系ステンレス鋼材料よりも熱伝導率が低い特性から、断熱ボックス材料としては好都合である。しかしながら、オーステナイ系ステンレス鋼材料の断熱ボックスは、５００〜７００℃の温度範囲を加熱と空冷の熱サイクルが繰り返えされる度にＣｒ炭化物がオーステナイト結晶粒界に析出し、この部分で粒界腐食を起こし材質を劣化し、さらに材質特有の高い膨張係数も絡んでボックスが自由に伸縮する事から、熱応力で変形と亀裂を起こし、断熱機能を失い、炉内ガスを大気中に放出する問題があった。【０００４】  本発明者らは、この問題を解消する事を目的に断熱ボックスの適用材料について種々検討した結果、オーステナイ系ステンレス鋼材料の熱膨脹係数（０〜８００℃で、０．００００１７程度）よりも小さい硬質の鋳鉄材料（０〜８００℃で、０．００００１０程度）を断熱ボックスに適用する事によって断熱ボックスの変形が抑制され、炭化炉内の気密性が保持され、ガス通路や炉内ガス流通ボックスいわわる炉内ガス燃焼隔離室で炉内ガスの一部を燃焼させる過酷な使用条件においても変形や亀裂に何ら問題を起こす事なく、長期間使用できるコークス炉蓋を開発した。
【特許文献１】実開平３−９２７２３号公報
【特許文献２】実開平５−８１２５２号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９７４９号公報
【特許文献４】特許第２９５３３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明者らは、さらに高い乾留温度で優れた耐酸化性を示し、耐熱強度とクリープ抵抗の大きい高温特性を有し、かつ断熱ボックスの初期形状を失う事なく長期間安定して形状保持する断熱ボックスを付設したコークス炉蓋を提供する事を目的に、優れた耐酸化性を示すステンレス鋼材料系を基本にして断熱ボックスの形状、局部肉厚を変える種々の検討を行った。その結果、ＳＵＳ３１０Ｓの如きオーステナイト系ステンレス鋼材料で構成された断熱ボックスは、熱膨張が大きいため、急熱と急冷を繰り返す過酷な使用条件下では熱歪で変形し、亀裂を生じて断熱機能を失い、炉内ガスを大気中に漏洩するなど、コークス炉蓋の使用寿命を短縮する事を知見した。さらに本発明者らは、断熱ボックス材料にＮｉ当量とＣｒ当量の間に一定の鋼成分含有量の相関関係をもって、フェライト組織地に所定量のオーステナイト組織を分散させた２相ステンレス鋳鋼製のケースを使用する事によって、上記の目的を達成したコークス炉蓋が提供できる事を知見した。
【課題が解決するための手段】
【０００６】  本発明はこの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、石炭粒子を加熱し乾留するコークス炭化炉の炉口枠に当接するシールプレートを介して該コークス炭化炉の出入口を開閉する炉蓋構造体と該炉蓋構造体のコークス炭化炉側に突設した炉内ガス燃焼隔離室との間に、Ｎｉ当量が９．０〜２２．０％、Ｃｒ当量が２２．０〜３４．５％でかつオーステナイト組織地に１０〜７０％のフェライト組織を分散共存した二相ステンレス鋳鋼製ケース断熱材を充填した、断熱ボックスを介装したコークス炭化炉用昇温炉蓋である。
【発明の効果】
【０００７】  上記の様に、炉蓋構造のシールプレートと該炉蓋構造体のコークス炭化炉側に突設した炉内ガス燃焼隔離室との間に二相ステンレス鋳鋼製の断熱ボックスを介装した本発明のコークス炭化炉蓋は、ステンレス板に加工し溶接をする従来の断熱ボックスとは異なり、断熱ボックスが鋳造法で製造されるため、急熱と急冷を繰り返す過酷な使用条件でも断熱ボックスに要求される耐酸化性や耐熱強度などの高温特性や断熱機能を損なう事なく、長期間にわたって操業し続けられる効果を奏する。尚、本発明を構成する要件の二相ステンレス鋳鋼製の断熱ボックスは、必要があれば耐火煉瓦の内張りを施した高気密性の炉蓋に使用しても何ら差し障りが起こるものでない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明のコークス炭化炉用昇温炉蓋について、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を示したもので、コークス炭化炉のコークス排出側（またはコークス押出機側）の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍のコークス炭化炉の断面図を示す。１はコークス炭化炉で、石炭粒子２が装入されている。すなわち、コークス炭化炉１は両側に設けた加熱炉（図示せず）で、石炭粒子２を乾留しコークスを製造する構造に設けられている。３は炉蓋構造体である。炉蓋構造体３は、コークス炭化炉１の炉口枠４に押圧する通常の締結構造５を付設した鋼鉄製の炉蓋フレーム６のコークス炭化炉側に、スライドプレート７、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材８を周設して炉口枠４に当接する耐熱金属材料のシールプレート９や炉内プレート１０などを装着してコークス炭化炉１の出入口１１を開閉する構造に設けられている。本発明における炉蓋構造体３は、上記した構造に限定するものでなく、コークス炭化炉１の出入口１１を閉塞する構造の炉蓋であれば如何なる構造でもよい。１２は、断熱ボックスである。断熱ボックス１２は、炉蓋構造体３のコークス炭化炉側に設けたシールプレート９とコークス炭化炉１の出入口１１に突設したガス通路構造や炉内ガス流通ボックス構造のいわゆる炉内ガス燃焼隔離室１３との間に介装される。図１は、断熱ボックス１２のコークス炭化炉側に、石炭粒子２の侵入を防止する金属製短冊板１４を左右上下に通気間隙１５を設けて縦横に並列した無底構造の炉内ガス燃焼隔離室１３を設けた、コークス炭化炉蓋の一実施例を示す。【０００９】  断熱ボックス１２は、コークス炭化炉１さらには炉内ガス燃焼隔離室１３で高温度に上昇した燃焼ガスの熱が熱伝導で炉蓋構造体３から大気に放熱されるのを防止するものであって、乾留温度が低い間ではコークス炭化炉１に装入された石炭粒子２がら発生する水分に晒され、また昇温した炉内ガス燃焼隔離室１３で高温度に加熱され、コークス炉蓋の開放時には高温度から急速に冷却されるなど、過酷な使用条件から耐酸化性、耐熱強度など優れた耐熱特性が要求される。本発明はこの要求の特性を具備した断熱ボックス１２を付設したコークス炭化炉蓋を提供するもので、その断熱ボックス１２とは、Ｎｉ当量＝Ｎｉ％＋（３０×Ｃ％）＋（０．５×Ｍｎ％）が９．０〜２２．０％、Ｃｒ当量＝ｃｒ％＋Ｍｏ％＋（１．５×Ｓｉ％）＋（０．５×Ｎｂ％）が２２．０〜３４．５％でかつオーステナイト組織地に１０〜７０％のフェライト組織を共存する二相ステンレス鋳鋼製ケース１６に、断熱効果の高いセラミックファイバーやアルミナシリケートやセラミックスなど一般に使用される断熱材１７を充填して構成さたものである。二相ステンレス鋳鋼は耐酸化性が高く、高温強度も他の組織のステンレス鋳鋼に較べて一段と優れているため、炉内ガス燃焼隔離室１３を有するコークス炭化炉蓋の断熱ケース材料として最適である。しかしながら、オーステナイト生成元素とされるＣ、Ｍｎ、Ｎｉなどの成分がＮｉ当量で、２２．０％を越えると高温強度の上昇は飽和し、熱膨張率も増大する。その反対に９．０％未満では、安定な二相ステンレス組織が得られず、高温強度が低下する。またフェライト生成元素とされるＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏなどの成分がＣｒ当量で、３４．５％を越えるとフェライト組��量が過大となって強度が上昇せず、また２２．０％未満の少ない領域では耐酸化性を劣化する。過酷な使用条件で脆化する事なく高温特性に優れた断熱ボックス材料としてはＮｉ当量およびＣｒ当量を前記の数値内に抑制し、高温強度の維持と過大な熱膨張の抑制から、オーステナイト組織地のフェライト組織の共存量を１０〜７０％に制限した。これらの規制数値に適合する二相ステンレス鋳鋼の断熱ケース１６を得るには、鋳鋼に含まれるＣの０．２％以上は鋼質強化成分として有効であるが、過剰な含有はＣｒ炭化物が多くなって有効なＣｒ量が不足するため、その上限を０．５％とする事が好ましい。Ｓｉはフェライト組織の強化成分であるが、過剰な含有が材質を脆くするので、その含有量は０．５〜２．５％が好ましい。ＭｎおよびＮｉは共にオーステナイト組織を安定化し高温強度を高める有効な成分であるが、過剰に含有すると熱膨脹が大きくなり、前記した様に熱応力で変形と亀裂を起こし、断熱機能劣化を早める問題がある。またＮｉには、多量のＣｒを含有する鋳鋼において熱伝導率を小さくし、断熱機能を高める作用効果がある。従って、Ｍｎは０．５〜１．５％、Ｎｉは高温強度を高める外に高Ｃｒ含有鋳鋼において断熱機能を高める作用効果を考慮して３．０〜８．０％で含有させる事が好ましい。Ｃｒは、フェライト組織を生成させ、乾留初期に石炭粒子から発生する水蒸気の分解で生じた酸素や炉内ガスに含まれる酸化性ガスに対する耐酸化性を向上するが、過剰に含有させると７０％を越える量のフェライト組織が生成し、高温度で粗大粒のフェライト組織に成長し、材質を脆くする。従って、Ｃｒは２２．０〜３０．０％が好ましい。Ｍｏはフェライト組織を強化する成分であるが、本発明においては必要に応じて含有される成分で、その含有量は０．５％以下が好ましい。またＰおよびＳは、鋳造過程で不可避的不純物であり、また二相ステンレス鋳鋼製ケース１６の材質を劣化する有害成分であり、本発明においては少ない含有量ほど好まれる。
上記の様な本発明が規定する二相ステンレス成分組成に溶解された溶鋼を、所要寸法でかつ低温側例えば炉蓋構造体側に断熱材充填用開口部を設けた中空の断熱ケースに鋳込んで製造しあるいは必要によってはさらに鋳造組織を微細化し鋳造応力を除去する完全焼鈍を施して二相ステンレス鋳鋼製ケース１６に製造した後、該断熱材充填用開口部から断熱材１７を充填し、しかる後断熱材充填用開口部を同材または異質の耐熱性金属材料で塞いでコークス炭化炉蓋の断熱ボックス１２に供される。【００１０】  上記の様な成分組成に製造された二相ステンレス鋳鋼製の断熱ボックス１２をシールプレート９と炉内ガス燃焼隔離室１３との間に介装して構成した本発明のコークス炭化炉蓋は、従来のコークス操業と同様に、コークス炭化炉１の炉口枠４に当接するシールプレート９を炉蓋構造体３で押圧しつつ、出入口１１を閉塞する。続いてコークス炭化炉１に石炭粒子２を装入した後、隣接する加熱炉から供給される高温度の熱で乾留しながらコークスを製造する。またこの間コークス炭化炉１で発生した炉内ガスの一部は、炉内ガス燃焼隔離室１３を流通しながら、該隔離室１３の金属製短冊板１４を介して炉蓋近傍に装入された石炭粒子２を加熱し乾留を速めながら、コークスを製造する。
【実施例】
【００１１】  内部にセラミックファイバーを充填した本発明の二相ステンレス鋳鋼製断熱ボックス（Ｃ：０．４％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：０．８％、Ｎｉ：４．５％、Ｃｒ：２５％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋳鋼、Ｎｉ当量＝１６．９％、Ｃｒ当量＝２７．９％でかつフェライト量が１２％）、さらに別の二相ステンレス鋳鋼製断熱ボックス（Ｃ：０．２％、Ｓｉ：２．０％、Ｍｎ：１．０％、Ｎｉ：６．５％、Ｃｒ：２７％、Ｍｏ：０．３％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる鋳鋼、Ｎｉ当量＝１３．０％、Ｃｒ当量＝３０．３％でかつフェライ量が４５％）を、図１のコークス炭化炉蓋に付設し、１カ月間に２５チャージのコークス操業を行った。また比較用に同様のセラミックファイバーを充填したＳＵＳ３１０Ｓ製断熱ボックス（Ｃ：０．７％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．５％、Ｎｉ：２１％、Ｃｒ：２６％を含有し、残部が実質的にＦｅ）を、２０日間で１８チャージのコークス操業を行った。その結果、本発明に該当する２鋼種の二相ステンレス鋳鋼製断熱ボックスは、その表面が高温度や炉内ガスに侵される事なく、更に続けて使用される状態にある。しかしながら、比較用のＳＵＳ３１０Ｓ製断熱ボックスは、高温度の熱によって全体に熱膨張し、さらに局部的な膨出変形を生じ、さらに使用続けるには問題があった。本発明における二相ステンレス鋳鋼製断熱ボックスは、コークス炭化炉蓋の機能を損なう事なく、耐久性に優れた高温特性を発揮する事が実証された。
【産業上の利用可能性】
【００１２】  本発明のコークス炭化炉蓋は、長期間使用しても断熱ボックスの形状変化や機能劣化を起こす事ないため、熱の放散や炉内ガスの漏洩を防止しまた炉蓋近傍に装入された石炭粒子を効率的に加熱するなど幾多の利点があり、今後実用化される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】は本発明の一実施例を示したもので、コークス炭化炉のコークス排出側（またはコークス押出機側）の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍のコークス炭化炉の断面図を示す。
【符号の説明】
【００１４】      １  コークス炭化炉
２  石炭粒子
３  炉蓋構造体
４  炉口枠
９  シールプレート
１１  出入口
１２  断熱ボックス
１３  炉内ガス燃焼隔離室
１６  二相ステンレス鋳鋼製ケース
１７  断熱材
【図１】
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