(57)【要約】【課題】長期間にわたって耐熱強度を保有して熱変形のない耐久性の優れたコークス炭化炉蓋用の断熱ボックスを提供する。【解決手段】石炭粒子７を装入するコークス炭化炉２の炉口枠３に押圧するシールプレート５を介してコークス炭化炉２の出入口６を開閉する炉蓋構造体１とコークス炭化炉２側に突出する炉内発生ガス流通ボックス８との間に、断熱材１７を収容した鋳鉄製包囲ボックス１６の断熱ボックス１３を設けた。【選択図】　　図２
2004051929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭粒子（７）を装入するコークス炭化炉（２）の炉口枠（３）に押圧するシールプレート（５）を介してコークス炭化炉（２）の出入口（６）を開閉する炉蓋構造体（１）とコークス炭化炉（２）側に突出する炉内発生ガス流通ボックス（８）との間に、断熱材（１７）を収容した鋳鉄製包囲ボックス（１６）の断熱ボックス（１３）を設けて連接した事を特徴とするコークス炉のコークス炭化炉蓋。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉蓋構造体のコークス炭化室（炉）側に炉内発生ガス流通用ボックスを設けた、コークス炉のコークス炭化炉蓋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炭化炉の出入口を開閉する炉蓋は、炭化炉に装入された石炭粒子の乾留温度と乾留時に発生する多量のガスに曝されるため、高温度に耐え、しかもシール性の高い構造物が要求されている。今日まで、多くの種類のコークス炭化炉蓋が開発されている。例えば特公昭６０−２５０７２号公報や実開平５−５６９４０号公報など多くの特許公報で紹介される様に、炭化炉出入口の中央には厚さ４００ｍｍ程度の大きな重量の耐火煉瓦を突出する様に封印し、その周辺部の炉口枠にはナイフエッジ状断面形状のシール用押圧部材を当接する構造のコークス炭化炉蓋が、多く使用されている。また最近では、特開２００１−２８８４７２号公報で紹介される様に、コークス炭化炉の出入口を閉塞するシールプレートを介して耐火煉瓦を突出する密閉式構造のコークス炭化炉蓋が開発され、乾留中のガスリークを著しく低減する特長から、徐々に使用される傾向にある。この様にコークス炭化炉蓋は、大きな重量物の耐火煉瓦を装備する事によって高温度に耐え、長期間に渡って使用する事ができる。しかしながら、耐火煉瓦は、コークスを窯出す毎にコークス炭化炉から炉蓋が開放されて急速に冷却され、閉塞後は大量の熱を吸収するため、炉蓋付近に装入された石炭粒子の加熱温度が上がらず、未乾留の不良コークスが多量に発生する問題があった。不良コークスは１５０万トン／年にも達するものと言われ、コークス原料と熱エネルギーを無駄に消費する問題があった。
【０００３】
この様な問題から、耐火煉瓦に代わって、コークス炭化炉蓋付近に装入された石炭粒子の加熱温度を上昇する炉内発生ガス流通室あるいは加熱バーナーを内蔵した炉内発生ガス流通室を炭化炉側に設けたコークス炭化炉蓋が開発され、特許公報でも紹介されている。例えば、実公平２−２６９１３号公報や実開平５−８１２５９号公報や実公平６−４３１４６号公報などの様に「蓋本体に、断熱材料を鋼板で覆った断熱ボックスを介して、ガス通路の金属製遮蔽体を取付けたコークス炉の炉蓋」、さらに特開昭６３−１１２６８６号公報の様に「金属製遮蔽体のガススペースで、乾留中に発生する可燃性ガスの一部を空気または酸素吹込ノズルで燃焼させる、加熱燃焼式のコークス炉蓋」が開発されている。この様な炉内発生ガス流通室設置技術の出現によって、それ以前のコークス炭化炉蓋に較べ、炉蓋付近に装入された石炭粒子の不良コークス生産量の軽減化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用化に供されていないのが現状である。その理由は定かではないが、本発明者らの推測によると、断熱ボックスは、炉蓋構造体と炉内発生ガス流通室の間に介装されて該炉蓋構造体を熱から防護すると共に、該炉蓋構造体から放出する熱の損失を防止するために設けられたものであるが、その被覆材料に問題があるものと考えられる。例えば、実公平２−２６９１３号公報の第３欄に「炉蓋本体の炉室側で鋼板４により覆われた断熱層５に、間隔片２を介して・・」と記載している。この記載は断熱ボックスを意味するものであって、鋼板とは、該公報から明白に知る事ができないが、使用条件から判断し、板状に圧延されたステンレス鋼板を意味するものと思われる。また実開平５−８１２５２号公報には「断熱ボックス内の空気の膨張や収縮によるボックス自体の破損や変形を防止した組立構造に改善した断熱ボックスを設けたコークス炉の炉蓋」と紹介する中で、該明細書の第６頁に「断熱ボックスとしては、耐熱ステンレス鋼製で断熱材を密閉状に包み込んだものを使用する」と記載する様に、断熱ボックスの外装材料にはステンレス鋼板を使用する。つまり、ステンレス鋼板は、中でもボイラー部品、燃焼室部品、排気装置やガスタービン部品など多くの用途に使用される厚さ１０ｍｍ程度のＳＵＳ３１０Ｓ圧延鋼板（Ｃ：＜０．０８％、Ｓｉ：＜１．０、Ｍｎ：＜２．０、Ｎｉ：１９〜２２、Ｃｒ：２４〜２６、残部が実質的にＦｅ）で、耐熱性に優れ、炉内発生ガスに対しても耐蝕性を示し、さらに溶接し易さと加工し易さの特性から、ボックスの外装材料に使用されているものと思われる。
【０００５】
しかしながら、本発明者らの長時間にわたるステンレス鋼製断熱ボックスの炉蓋擬似実験において、ステンレス鋼製の断熱ボックスは、加熱と冷却の熱サイクルを実用化に合わせ繰り返す毎に大きく変形し、溶接部から亀裂を発生し破損する問題があった。また大きく変形した断熱ボックスの影響を受けて、炉内発生ガス流通室の形状までが歪に変形する問題があった。炉内発生ガス流通室を大きく変形したコークス炭化炉蓋は、炉内発生ガスを放出するため、頻繁に改修しなければならない問題があった。さらにはステンレス鋼の溶接部分が温度６００〜７００℃に長時間加熱された部分で結晶粒界腐食を起こし、耐蝕性と強度が著しく劣化する問題もあった。すなわち、炉内発生ガス流通室を設けたコークス炭化炉蓋が実用化に供されない理由は、この様な問題に原因があるものと推測される。
【０００６】
本発明者らは、上記の様な断熱ボックスの問題点を解消すると共に、炉内発生ガス流通室の特質を利用し、かつ長期間にわたって使用できるコークス炭化炉蓋を提供する事を目的に種々検討した結果、ステンレス鋼の熱膨張係数が普通鋼の１．５倍も有する特性から、加熱と冷却の熱サイクルを繰り返す毎に変形を増幅する事が、問題を引き起こす一つの原因と判断した。この事から耐熱強度を保有して熱膨張係数が比較的に小さく、しかも炉蓋構造体と炉内発生ガス流通用ボックスとの間で要求される抗圧力が大きく、かつ鋳造法で大量に製造し易い鋳鉄製の断熱ボックスを使用する事によって、その目的が達成される事を知見した。
【０００７】
【課題が解決するための手段】
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、石炭粒子を装入するコークス炭化炉の炉口枠に押圧するシールプレートを介してコークス炭化炉の出入口を開閉する炉蓋構造体とコークス炭化炉側に突出する炉内発生ガス流通ボックスとの間に、断熱材を収容した鋳鉄製包囲ボックスの断熱ボックスを設けて連接したコークス炉のコークス炭化炉蓋である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図面は本発明を判り易く説明するために提示したもので、図１は、コークス炭化炉の縦断面図を示す。図１において、１は、押圧締結構造の炉蓋構造体である。炉蓋構造体１は、コークス炭化炉２のコークス押出機側またはコークス窯出側の炉口枠３に押圧するナイフエッジ断面形状のフランジ部材４を周囲に設けた耐熱性金属のシールプレート５を介して出入口６を開閉するもので、通常の構造に製作されている。７は、コークス炭化炉２に装入された石炭粒子を示す。８は、炉内発生ガス流通ボックスである。炉内発生ガス流通ボックス８は、コークス炭化炉２に装入された石炭粒子７を乾留する際に発生する炉内発生ガスを流通しあるいは燃焼用ガス噴出ノズルを設けたものであって、箱型断面部材の壁面に任意な数と位置にガス流入孔を穿設したボックスの他に、図２に図１のＺ−Ｚ線断面図を一部省略した拡大斜視図で示す様に、炉高方向を複数段に分割する位置に設けた横体支持枠９に石炭粒子７の侵入を遮蔽する耐熱金属の短冊板１０を左右に微小な通気用間隙（あるいは通気口）１１を設けて縦横に並列した有底または無底のボックスで、その上端部には天板１２または排気パイプ（図示せず）に繋がる排気孔が設けられ、さらには空気や酸素またはその他可燃性ガスなどの燃焼用ガス供給源に接続された気体噴出ノズルを設けてもよい。本発明における炉内発生ガス流通ボックス８の構造については、特に限定するものでなく、炉内発生ガスを導入するボックス構造であればよい。１３は断熱ボックスで、炉蓋構造体１のシールプレート５と炉内発生ガス流通ボックス８の間に介装させ、一体的に連接して設けられている。１４は炉内プレートで、断熱ボックス１３と炉内発生ガス流通ボックス８を炉蓋構造体１に頑丈に連接するための部材である。１５はスライドプレートで、断熱ボックス１３などの各部材が膨張しまた収縮する場合滑りを円滑に行うもので、炉内プレート１４と同様に必要に応じて設けられる部材である。断熱ボックス１３は、前述した様に炉蓋構造体を熱から防護すると共に無駄な放熱を防止するもので、鋳鉄製の包囲ボックス１６にアルミナシリケートやセラミックス材など一般に使用される断熱材１７を充填して製作されている。鋳鉄製包囲ボックス１６に使用する鋳鉄材料は、ステンレス鋼の熱膨張係数に較べ０．６倍程度で、繰り返される熱サイクルで起こる変形も著しく小さいため、製作時の成形性を長期間保持する特長がある。抗圧力が大きいため過大な締結圧に対しても、変形や亀裂を起こす事がない。また鋳鉄は、普通鋼やステンレス鋼に較べ溶融点が低い（約１１５０℃）ので湯流れが良く、大小各種の鋳造物を安価に造り易い特長もある。その反面では、溶融した鋳鉄を鋳型に注ぎ込んだ場合に体積を減じて収縮する問題から、予め鋳引率を採って注ぎ込まなければならない。また鋳造後の鋳物に歪みを生じ、場合によっては亀裂を生じるので、数カ月以上の放置すなわち枯らしをするか、低温焼鈍を行い、鋳造応力を除去した後、ボックス形状に仕上げなければならない。さらにはコークス炭化炉蓋の様に６００℃以上の温度で加熱と冷却が繰り返される鋳物には体積の膨張いわゆる鋳鉄の成長が起こるので、これを防止するにはＰやＭｎの含有量を減少させるか、合金鋳鉄を使う事もよい。
【０００８】
本発明において、鋳鉄製包囲ボックス１６に適用する鋳鉄材料のＦｅ以外の成分組成については特に限定するものでないが、Ｃ成分はパーライト素地に黒鉛が混ざった硬い鋳鉄を得るためには３．０〜３．８％（重量％）を含有する事が好ましい。Ｓｉ成分の１．５％以上は、鋳鉄の流動性を付与して収縮を減じまた硬さと引張強さを増すに有効な含有量であるが、２．５％を越えると鋳造性などを劣化する傾向にある。Ｍｎ成分の０．４％以上は鋳鉄の硬さと引張強さを増すが、０．８％を越えて過剰に含有すると鋳鉄の材質を脆弱にし収縮を増加せしめる傾向にある。Ｐ成分は鋳肌を美麗化する有効な成分であるが、（鋳造性を減じ鋳鉄の引張力や硬さを劣化するので、０．３５％以下で含有させる事が好ましい。Ｓ成分は、鋳造性や鋳鉄の材質などを劣化する理由から０．１５％以下、しかも出来るだけ少ない事が好ましい。Ｃｒ成分およびＮｉ成分は、鋳鉄の引張力や硬さあるいは靱性などを改善する理由から、それぞれ０．５〜２．０％と０．５〜２．５％を単独または複合で含有する事が好ましい。
【０００９】
上記の様にして構成され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２の出入口６をシールプレート５で密閉しつつ炉蓋構造体１で閉塞した後、石炭粒子７をコークス炭化炉２に装入する。コークス炭化炉２に装入された石炭粒子７は、隣接する加熱炉（図示せず）から供給される高温度の熱で乾留されながら、コークスへと変成する。またコークス炭化炉２の中央部に装入された石炭粒子７から発生した高温度の熱を保有する炉内発生ガスは、炉内発生ガス流通ボックス８へ流動しつつ炉蓋近傍部の石炭粒子７を加熱しながら、該流通ボックス８の通気用間隙１１から該流通ボックス８に流入する。炉内発生ガス流通ボックス８に流入した炉内発生ガスは、該流通ボックス８の壁を加熱しながら、その伝導熱で炉蓋近傍部の石炭粒子７を加熱する。この様なコーク操業においても、本発明の断熱ボックス１３は、炉蓋構造体を熱から防護しながらまた無駄な放熱を防止しながら、安定したコークス操業を行う。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べた様にセラミックスファイバーを内部に充填した本発明の肉厚２０ｍｍの鋳鉄製断熱ボックス（Ｃ：３．３％、Ｓｉ：１．８％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．２％、Ｓ：０．０９％、Ｃｒ：０．８％、残部が実質的にＦｅ）は、通常のコークス操業を１０回繰返しても何の変形も起こさず製作当時の形状を維持し、周囲の部材に何ら影響を及ぼす事なく、現在も継続して使用されている。しかしながら、比較品に適用した板厚１２ｍｍのステンレス鋼製断熱ボックスは（Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：０．９％、Ｍｎ：１．２％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ｎｉ：２１％、Ｃｒ：２５％、残部が実質的にＦｅ）は、コークス操業３回終了後にボックスのコークス炭化炉側の壁面中央部で歪に変形し始め、７回終了後に鋼板溶接部に亀裂が生成しまた隣接する他部材との間に隙間を発生するなど問題を起こし始めたので、その後は鋳鉄製断熱ボックスに取替えた。この様に本発明の鋳鉄製断熱ボックスは、炉蓋近傍部の石炭粒子７を加熱する炉内発生ガス流通ボックスの機能を損なう事なく、耐久性に優れた断熱ボックスを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を判り易く説明するために提示したもので、本発明の一実施例を示す。
【図２】図１のＺ−Ｚ線断面図を、一部省略した拡大断面図で示す。
【符号の説明】
１　炉蓋構造体
２　コークス炭化炉
３　炉口枠
５　シールプレート
６　出入口
７　石炭粒子
８　炉内発生ガス流通ボックス
１３　断熱ボックス
１６　鋳鉄製包囲ボックス
１７　断熱材
【図１】
2004051929.tif 000003
【図２】
2004051929.tif 000004