(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出しラム先端のラムヘッドを押し当ててコークス塊を炭化室から押し出す際に、コークス塊に振動を加えながら押し出すことができるコークス押し出し装置であって、前記ラムヘッドの押し当て面の少なくとも一部が振動可能な加振部からなり、該加振部は、複数の皿部分が該皿部分の中心部を貫通するガイド材により該ガイド材の軸方向に移動可能に連結された皿バネを介して前記ラムヘッドに設置され、前記ガイド材の内部に前記皿バネを内部から冷却するための冷却剤の流路が形成されていることを特徴とするコークス押し出し装置。
【請求項２】
冷却剤として気体を使用することを特徴とする請求項１に記載のコークス押し出し装置。
【請求項３】
加振部を振動させるための加振機を押し出しラムの外部に備え、前記加振部と前記加振機とは加振ロッドを介して接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコークス押し出し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉体の下部に蓄熱室を有し、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列された室炉式コークス炉において、炭化室で乾留して生成されたコークスを炭化室から押し出すためのコークス押し出し装置に関し、特に、押し出し負荷を低減して、炭化室の炉壁（側壁）の損傷を軽減し、炉壁の延命化を図ることができるコークス押し出し装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉において、炭化室内で石炭を乾留して生成されたコークス（コークス塊）を押し出し装置を用いて炭化室から押し出す際に、炭化室内でコークスの押し詰まりを起こし、その結果、押し出し負荷が増大して、コークス炉炭化室の炉壁に大きな力が作用し、炉壁を損傷することがある。押し詰まりが甚だしい場合には、炉壁が破壊されたり、あるいは押し出し装置でコークスを押し出すことが不可能となり、炉の温度を下げてから、人力でコークスを掻き出したりしなければならない。このように押し詰まりが発生すると、炉壁の補修費が増大し、炉の停止による生産量の低減を余儀なくされる。
【０００３】
このような問題に対して、押し出し負荷を低減し、炉壁の損傷を防止するための技術として、以下のようなものが提案されている。
【０００４】
例えば、コークス炉の炭化室の炉底レンガを補修する際に、乾燥粉コークスを炭化室に入れ、乾燥粉コークスが炉底レンガ表面の凹部を埋めて平坦にすることによって、コークス押し出し時におけるコークス塊と炉底間の摩擦を低減する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、原料石炭を炭化室内へ装入するに先立ち、粒状（５ｍｍ以下）の耐火材料（グラファイトやＳｉ３Ｎ４など）を傾斜付きの炉底に敷き詰めておき、コークス押し出し時におけるコークス塊と炉底間の摩擦を低減して、結果として炉壁損傷を防ぐという技術もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１、２に記載されている技術では、十分な押し出し負荷低減には結びつかないという問題がある。
【０００７】
すなわち、前記の特許文献１、２に記載されている技術は、いずれも、コークス塊と炭化室炉底との摩擦力低減を図ろうとするものであるが、コークスの押し詰まりの発生及び押し出し負荷の増大の主原因は、コークス塊と炭化室炉底との摩擦力ではなく、押し出し装置を用いてコークス塊の押し出しを行なう際に、押し出し装置のラムヘッドで押されたコークス塊が変形・崩壊して、押し出し方向と直交する水平方向にひろがることにより、コークス塊と炭化室側壁との摩擦力が増すことにあるからである。
【０００８】
このような問題を解決する技術として、コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出し装置のラムヘッドを押し当てて炭化室からコークス塊を押し出すに際し、コークス塊に振動を付与しながら押し出しを行なう、コークス押し出し方法及びコークス押し出し装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開昭５９−１８７０８２号公報
【特許文献２】特開平８−１２０２７８号公報
【特許文献３】特開２００６−２０６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に記載の方法および装置を用いれば、コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出し装置のラムヘッドを押し当てて炭化室からコークス塊を押し出す際に、押し出し負荷を低減して、コークス炉壁の損傷を軽減することができる。
【００１０】
図１２は、特許文献３において提案しているコークス押し出し装置の一例を示す側面図であり、図１３は、そのコークス押し出し装置の斜視図である。
【００１１】
図１２、図１３中、３０が特許文献３において一例として示したコークス押し出し装置であり、ラムロッド６とラムヘッド７からなる押し出しラム２と、押し出しラム駆動装置（図示せず）を備えているとともに、炭化室３１内のコークス塊３２に押し当てられるラムヘッド７の押し当て面が、上下方向に、上部押し当て面２２ａ、中間押し当て面２２ｂ、下部押し当て面２２ｃの３個の押し当て面に分割されていて、その内の中間押し当て面（加振部）２２ｂを加振ロッド５を介して押し出し方向に振動させるための加振機（加振モータまたは油圧加振機等）４がラムロッド６に取り付けられている。
【００１２】
そして、上記のように構成されたコークス押し出し装置３０を用いて、加振機４で中間押し当て面（加振部）２２ｂを押し出し方向に振動させて、コークス塊３２に振動を付与しながら、ラムヘッド７を図１２中に白矢印で示す向きに前進させることによって、コークス塊３２と炭化室３１の炉壁との間の摩擦が静摩擦から動摩擦に変化して、摩擦係数が低下し、それによって押し出し負荷が低減する。その結果、炉壁の損傷を抑止することができるものである。
【００１３】
なお、このように、加振部２２ｂと加振ロッド５と加振機４とからなる加振機構を用いてコークス塊３２に振動を加えながら押し出しを行なう際には、その加振機構を適切に支持することが重要になってくる。
【００１４】
すなわち、加振部２２ｂに掛かるコークス塊３２からの反力を押し出しラム２で受け止めつつ（逆に言えば、加振部２２ｂに押し出しラム２からの押し出し力を伝えつつ）、加振部２２ｂに所望の振動を行なわせることができるように、加振機構を支持する必要がある。
【００１５】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出しラム先端のラムヘッドを押し当ててコークス塊を炭化室から押し出す際に、加振機構によってコークス塊に振動を加えながら押し出すことができるコークス押し出し装置として、加振機構を適切に支持する構造を有したコークス押し出し装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）コークス炉の炭化室内のコークス塊に押し出しラム先端のラムヘッドを押し当ててコークス塊を炭化室から押し出す際に、コークス塊に振動を加えながら押し出すことができるコークス押し出し装置であって、前記ラムヘッドの押し当て面の少なくとも一部が振動可能な加振部からなり、該加振部は、複数の皿部分が該皿部分の中心部を貫通するガイド材により該ガイド材の軸方向に移動可能に連結された皿バネを介して前記ラムヘッドに設置され、前記ガイド材の内部に前記皿バネを内部から冷却するための冷却剤の流路が形成されていることを特徴とするコークス押し出し装置。
（２）冷却剤として気体を使用することを特徴とする（１）に記載のコークス押し出し装置。
（３）加振部を振動させるための加振機を押し出しラムの外部に備え、前記加振部と前記加振機とは加振ロッドを介して接続されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のコークス押し出し装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のコークス押し出し装置は、炭化室内のコークス塊にラムヘッドを押し当ててコークス塊に振動を加えながら押し出すことができるコークス押し出し装置として、コークス塊に振動を加えるための加振機構を支持する支持機構が適切な構造を有しているので、的確に押し出し負荷を低減させることができる。その結果、炉壁の損傷を抑止することができるとともに、押し詰まりによる操業遅延が回避され、生産性をあげることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
なお、下記の実施形態においては、コークス押し出し装置の基本的な構成は、図１２、図１３に示したものと同様であり、ラムロッド６とラムヘッド７からなる押し出しラム２と、ラム駆動装置（図示せず）を備えているとともに、炭化室３１内のコークス塊３２に押し当てられるラムヘッド７の押し当て面が、上下方向に、上部押し当て面２２ａ、中間押し当て面２２ｂ、下部押し当て面２２ｃの３個の押し当て面に分割されていて、その内の中間押し当て面（加振部）２２ｂを加振ロッド５を介して押し出し方向に振動させるための加振機（加振モータまたは油圧加振機等）４がラムロッド６に取り付けられている。加振機構は、加振部２２ｂと加振ロッド２９と加振機２８とから構成されている。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態であり、コークス押し出し装置の押し出し方向に平行な縦断面における概略図である。図１において、コークス押し出し装置１は、押し出しラム２と、加振機構である加振部３と加振機４と加振ロッド５とからなり、押し出しラム２はラムロッド６とラムロッド６の先端に取り付けられたラムヘッド７とからなっている。
【００２１】
このコークス押し出し装置１では、炭化室内のコークス塊に押し当てられるラムヘッド７の押し当て面の一部が加振部３となっている。その加振部３を振動させるための加振機４がラムロッド６の後端部近傍に配置されている。加振部３には加振ロッド５を介して振動を伝えている。そして、加振部３はラムヘッド７内に所定個数配されたバネ８を介してラムヘッド７に連結されており、これにより加振部３に掛かる押し出し反力Ｐ２を押し出しラム２が受け止めるようになっている。押し出しラム２には加振ロッド５を支持する所定個数のサポート軸受９が配されており、これによって、加振機構の自重を押し出しラム２が支えるようになっている。
【００２２】
加振機構に掛かる押し出し反力をラムヘッド７で受け止める機構として用いられるバネ８は、図１においては上下に２個配置されているが、必要に応じてバネの個数を増やすこともできる。
【００２３】
このようにして、加振機構に掛かる押し出し反力をラムヘッド７で受け止める機構を備えていることで、加振部３に掛かるコークス塊からの反力Ｐ２を押し出しラム２で受け止めつつ、加振部３に所望の振動を行なわせることができる。また、加振部３を加振していない際にも、加振部に押し出しの際にかかる押し出し力（静的な押し出し力）を受け止めることができる。
【００２４】
一方で、炉の中は高温であるため、加振機構に掛かる押し出し反力をラムヘッド７で受け止める機構を備える場合には、該機構は耐熱性を有する必要がある。加振機構に掛かる押し出し反力を受け止めるには、上記の他に加振ロッドを支える部分をバネにして受ける方法や、加振機の近くで加振ロッドをバネで支える方法も考えられるが、後者の方法はバネ部分が炉の中に入ることがなく、高温になることがないので、普通のバネを使用できる。また、前者の方法の場合は、バネの設置部分によっては炉の中に入ることがあり、高温にさらされることが考えられるが、その時間はラムヘッドに比べれば短く、また、加振ロッドをラムビームの中に備えれば、直接加熱されることがないので、比較的熱の影響を受けにくい。しかし、加振機構に掛かる押し出し反力を受け止める機構をラムヘッドに備える場合は、バネ部分が炉内に存在する時間が長く、高温になりやすい。通常のコークス炉の操業においては、ラムヘッドの実測温度は３００℃から５００℃になることがある。一般に用いられるバネ鋼、たとえばＳＵＰ材は２００℃程度でその特性が変化し、バネとして機能しなくなることがある。その他のバネ鋼として、ＳＵＳ６３０を用いる場合は３００℃、ＳＫＤ４で４００℃、インコネル（登録商標）で５００℃程度までが使用の目安である。ラムヘッドを使用する温度環境は、バネ特性以外の材料面から見ても非常に厳しいものである。耐熱温度が高い材料ほど、価格も高くなる傾向にあり、インコネル（登録商標）のような高価な材料で製造したバネの使用はコスト高である。したがって、比較的安価な鋼材で製造したバネを用い、そのバネの冷却を行なう方法を検討した。
【００２５】
まず、バネ８としては、皿バネを用いるものとする。皿バネは、上下方向に荷重を加えて使用するバネであり、少ない撓みで大きな荷重を得ることができる。コイルバネの方がバネとしての特性が優れているが、コイルの径が太くなったり、コイル長さが長くなったりするため、ラムヘッド内に収めることが難しく、ラムヘッド内に設置するには皿バネを用いることが好適である。
【００２６】
皿バネは中心に穴の開いた皿部分を複数枚重ねた構造であり、通常はガイドによって各皿の横滑りを防いでいる。図２は内径ガイド１１を有する皿バネ、図３は外径ガイド１２を有する皿バネの場合の一例であり、それぞれ６枚の皿部分１３を有する皿バネの断面の概略図である。外径ガイド１２は強度保持のためにある程度の厚さが必要であり、外径ガイド１２を設置するとバネ部分の寸法が大きくなる。ラムヘッド内に設置する皿バネは寸法制限が厳しいため、内径ガイド１１を用いることが好ましい。内径ガイド１１を用いる際には、赤熱したレンガ壁からの輻射熱を防ぐために、防熱板を皿バネの周囲に備えることが好ましい。防熱板はバネを取り囲むように円筒形にすると効果が大きい。
【００２７】
次に、皿バネの冷却について説明する。
【００２８】
皿バネの冷却剤としては、気体を用いることとする。水は冷却能力が高いが、万が一漏れて炉内に流出した場合にレンガが急冷して損傷する危険があるので望ましくない。空気は炉壁に付着したカーボンに影響を与える可能性が無いわけではないが、その影響は比較的少ないので、安価で利用の容易な空気を冷却剤として用いることが好ましい。
【００２９】
気体を用いた皿バネの冷却方法を検討したところ、皿バネは円筒形状になるので外側から均一に空気を当てることは難しく、外部の空気流れの影響も受けやすい。また、皿の重なった構造であるため内部を冷やすことも困難である。
【００３０】
そこで、内径ガイドを利用することを考えた。内径ガイド（ガイド材）を用いて皿バネの内側から空気を流すことで、空気の流れを設計しやすく冷却の効率も上げられる可能性があり、これについて検討した。
【００３１】
皿バネの冷却装置の一実施形態を図１を用いて説明する。冷却空気は押し出し機１上に設置したポンプ１４からホース１５などでラムビーム６後方からラムビームの配管１６に送風する。ラムビーム６を通って前方に空気を送る配管１６はラムビームに固定することができるが、空気の温度を低く保つためにラムビーム６内部を通すことが望ましい。ラムヘッド７に達した配管１６から、ラムヘッド７内に設置したバネ８に配管する。
【００３２】
図４、図５にバネ８の内径ガイド１１の長さ方向の断面図と、長さ方向に垂直な方向での断面図を示す。バネ８の内径ガイド１１の長手方向に空気を通すための空間１７（内径ガイドの中心軸上が望ましい。）を用意しここに冷却空気を通すように配管１６を接続する。空気を通すための空間１７からバネの長さに応じて適当な間隔で放射状に内径ガイド１１の外側に向かって空気の送出のための孔１８を開ける。
【００３３】
内径ガイド１１を図４、図５に示す構造とすることで、孔１８から送出された空気はバネ８の内側から外側に向かってバネを冷却しながら通過する。空気の流路を矢印で図６に示す。通過した空気はそのまま大気中に放出しても良いが、図６に示すようにバネ８が防熱板１９を備えた場合には、さらに防熱板１９の内部を通り、防熱板１９も冷却しながら、外部と通じたところから放出される。
【００３４】
以上のようにして皿バネを内側から冷却することで、冷却空気の通る経路をあらかじめ特定し、効果的に冷却することが可能になる。
【００３５】
次に、バネの具体的な設置方法について説明する。
【００３６】
図７に示すように、バネ８はラムヘッド７と加振部３とに挟んで使用する。皿バネは通常バネ長さの１５%程度に相当する与圧を加えて使用する。このため、加振部３に内径ガイド１１を取り付け、内径ガイド１１はラムヘッド７とすべり状態になるようにする。静的な押出し力を受けるバネ１３ａは加振部３とラムヘッド７のあいだにセットし、これを与圧するために、与圧用のバネ１３ｂをラムヘッド７に対して静的な押出し力を受けるバネ１３ａと反対側にセットし、内径ガイド１１に固定するバネ押さえ２０で締め込み、与圧を加える。加振部３に静的な力が加わった状態を図８に示す。図８において白矢印で示す力が加振部３に加わると、静的な押出し力を受けるバネ１３ａが縮み、与圧用のバネ１３ｂが伸びる。
【００３７】
与圧用バネ１３ｂを使用せずにバネ押さえ２０をラムヘッド７に締めこんだ状態でもバネ８は機能するが、万が一バネが伸びた状態（バネ押さえ２０がラムヘッド７に締めこまれたまま）振動が加わると、振動力がラムヘッド７に直接伝わり、ラムヘッド７やバネ押さえ２０、内径ガイド１１の損傷が懸念され望ましくない。
【００３８】
冷却用の空気配管は加振部側から接続することが好ましい。図９に示すように加振部に近い側から空気を供給する。バネ押さえ２０の後ろ（バネ押さえ２０側）から空気を供給することもできるが、開口部の形成によりバネ押さえ２０部の強度が弱くなる恐れがある。
【００３９】
なお、加振部３はラムヘッド７とバネのみで接続しているが、加振部３の質量を支えるために、図１０に示すように加振部３の下端がラムヘッド７側の受け部７ａにのり、すべりながら加振部３の質量を支える構造とすることが好ましい。
【００４０】
また、加振部３はバネ８でラムヘッドに接続されるが、バネを左右に複数並べることが寸法上難しく、例えば、上下に１列の４組のバネで接続する場合、左右に首降りをする可能性があり、これが起こると加振部３が左右どちらかに張り出して、炉壁と接触して擦り、レンガを損傷する可能性がある。このため、図１１に示すように、加振部３が左右に触れないように横揺れ防止板２１を設けることが好ましい。図１１は加振部の平面図であり、ラムヘッドの、例えば上下２箇所に横揺れ防止板２１を設置して、加振部３の動きを拘束する。
【００４１】
コークス押し出し装置を以上のような構成とすることで、バネの耐熱性が炉内環境より劣る場合にもバネを効果的に冷却し、安定して加振押し出しを行なうことが可能となる。
【００４２】
上記の実施形態においては、加振機４はラムロッド６の軸上に配置されている。加振機は高温の状態下にある炭化室内に進入すると熱損傷を受けてしまうことや、室炉式コークス炉では炉幅が４００ｍｍ程度と狭いことを考慮して、加振機はラムロッド後方の炭化室内に入らない部分に取り付ければよく、ラムロッドの両側に加振機を配置して加振ロッドを２本用いる等、任意の方法で加振部の加振を行なえばよい。また、ラムヘッドに接続している、押し出し装置のラムロッド部分は通常断面が縦長の箱型で長い筒状の構造をしているが、加振ロッドはこれに沿って配置するのがもっとも構造が簡単であり、例えば、ラムロッドの左右両側にパイプを沿わせ、これを加振ロッドとして使用することもできる。
【００４３】
また、必要に応じて加振部と加振機の接続を解除して、加振機を押し出しラムから分離できるようにするための連結・分離機構を設けることが好ましい。
【００４４】
さらに、上記の実施形態においては、ラムヘッドの押し当て面の一部を加振部としたが、ラムヘッドの押し当て面の全面を加振部とすることもできる。
【００４５】
次に、上記のように構成されたコークスの押し出し装置を用いた場合の、コークス塊を炭化室から押し出すコークスの押し出し方法を、図１を用いて説明する。
【００４６】
まず、ラムロッド上面のラックとラム駆動装置ピニオンによるラック−ピニオン方式の駆動機構によって、ラムヘッドを炭化室内に向かって前進させる。次に、ラムヘッドを炭化室内のコークス塊に押し当て、加振機によって加振部を押し出し方向に振動させて、コークス塊に振動を加えながら、ラムヘッドを前進させる。このとき、ポンプ１４から冷却空気をラムビームの配管１６に送風し、内径ガイド１１を介してバネ８を冷却する。振動を加えながらの押し出しにより、コークス塊と炭化室炉壁との間の摩擦が静摩擦から動摩擦に変化して、摩擦係数が低下し、それによって押し出し負荷が低減する。通常、押し出し荷重が最大になるのは、ラムヘッドが炭化室の中央部に前進するまでの間であるので、加振機がラム駆動装置に到達するまでの間、コークス塊に振動を加えることで、押し出し荷重を効果的に低減することができる。ラムヘッドがコークス塊を炭化室から全て押し出す位置まで前進したら、そこで押し出しを終了する。これにより炭化室炉壁の損傷を抑止することができるとともに、押し詰まりによる操業遅延が回避され、生産性をあげることが可能となる。
【００４７】
上記において、熱電対等の公知の手段を用いてバネの温度をモニターすることが好ましい。バネの温度を測定して冷却状態を確認し、設計温度以上になっている場合に作動を制限する。例えば、バネ８の温度が所定以上になった場合には、バネの機能低下を防ぐために加振を停止する。温度設定値はたとえばバネ材としてＳＵＰ材を用いる場合には１５０℃から２００℃の間にするなど、バネの材質により最適値を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るコークス押し出し装置の断面図である。
【図２】皿バネの断面の概略図（内径ガイド）である。
【図３】皿バネの断面の概略図（外径ガイド）である。
【図４】バネの内径ガイド（ガイド材）の長さ方向の断面図である。
【図５】バネの内径ガイド（ガイド材）の長さ方向に垂直な方向での断面図である。
【図６】バネ部分の冷却空気の流れを示す概略図である。
【図７】バネの設置状態を示す概略図である。
【図８】バネの設置状態を示す概略図である（加振部に静的な力が加わった状態）。
【図９】バネの冷却配管の配置状態を示す概略図である。
【図１０】加振部下部とラムヘッドとの概略図である。
【図１１】加振部の平面図である。
【図１２】従来技術のコークス押し出し装置の側面図である。
【図１３】従来技術のコークス押し出し装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    コークス押し出し装置
２    押し出しラム
３    加振部
４    加振機
５    加振ロッド
６    ラムロッド
７    ラムヘッド
７ａ    ラムヘッド側の受け部
８    バネ
９    サポート軸受
１１    内径ガイド
１２    外径ガイド
１３    皿部分
１３ａ    静的な押出し力を受けるバネ
１３ｂ    与圧用のバネ
１４    ポンプ
１５    ホース
１６    配管
１７    空気を通すための空間
１８    孔
１９    防熱板
２０    バネ押さえ
２１    横揺れ防止板
２２ａ    上部押し当て面
２２ｂ    中間押し当て面（加振部）
２２ｃ    下部押し当て面
３０    コークス押し出し装置
３１    コークス炉の炭化室
３２    コークス塊
Ｐ１    押し出し反力
Ｐ２    押し出し反力
Ｐ３    押し出し反力
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005163109.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005163109.tif 000011
【図１１】
0005163109.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005163109.tif 000014