(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、該加振部を振動させるための加振機を前記押し出しラムの外部に備え、前記加振機が偶数個の加振モーターと該加振モーターを固定する台座とからなり、該台座が前記ラムヘッドの押し出し棒であるラムロッドの押し出し方向に垂直な面において該ラムロッドの上部及び両側面を覆い、かつ下部が開放された鞍型であり、前記加振モーターが前記台座の両側面に同数ずつ固定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】
加振部と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に記載のコークス押し出し装置。
【請求項３】
加振機をレール上を走行可能な台車に設置す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。
【請求項４】
バネを介して加振機を走行台車に取り付けることを特徴とする請求項３に記載のコークス押し出し装置。
【請求項５】
台座の両側面が開閉する動きの共振の最低周波数が加振機の基本振動の最高周波数の２倍以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか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１１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１２は、そのコークス押し出し装置の斜視図である。
【００１１】
図１１、図１２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２１とラムヘッド２２からなる押し出しラム２０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２２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（加振板）２２ｂを加振ロッド２９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）２８がラムロッド２１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２８で中間押し当て面（加振板）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２２を図１１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】
図１１、図１２に示したコークス押し出し装置においては、加振機２８が高温の状態下にある炭化室３１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２８をラムロッド２１後方の炭化室３１内に入らない部分に取り付け、加振板２２ｂに加振ロッド２９を介して振動を伝えるようにしている。加振機２８はラムロッド２１の下面に取り付けられているが、ラムロッド２１の下部には押し出しの際にラムロッド２１を移動させるためのガイドローラが設置され、加振機２８とガイドローラが衝突する可能性がある場合があり、そのような場合にはラムロッド２１の支持案内方法を変更する必要がある。例えば、加振機２８が移動する範囲のガイドローラをラムロッド２１と一緒に移動するラムシュータイプに変更することや、その範囲にはガイドローラを配置しない等を行うことになるが、そのための設備費用がかかるという問題がある。
【００１４】
また、振動を効果的に付与するためには、加振機の重心位置と加振ロッドの重心位置とが振動方向で一致していることが望ましいと考えられるため、その点でも加振機２８がラムロッド２１の下部に設置されていることは好ましくない。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室内のコークス塊に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として、大幅な設備改造を行なうことなく、コークス塊に効果的に振動を付与することのできるコークス押し出し装置を提供することを目的とするものである。
【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、該加振部を振動させるための加振機を前記押し出しラムの外部に備え、前記加振機が偶数個の加振モーターと該加振モーターを固定する台座とからなり、該台座が前記ラムヘッドの押し出し棒であるラムロッドの押し出し方向に垂直な面において該ラムロッドの上部及び両側面を覆い、かつ下部が開放された鞍型であり、前記加振モーターが前記台座の両側面に同数ずつ固定されていることを特徴とするコークス押し出し装置。
（２）加振部と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）に記載のコークス押し出し装置。
（３）加振機をレール上を走行可能な台車に設置す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。
（４）バネを介して加振機を走行台車に取り付けることを特徴とする（３）に記載のコークス押し出し装置。
（５）台座の両側面が開閉する動きの共振の最低周波数が加振機の基本振動の最高周波数の２倍以上であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のコークス押し出し装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のコークス炉のコークス押し出し設備に大規模な改造を行なうことなく、コークス塊に振動を加えながら押し出すことができ、加振機の振動力を減衰することなく確実にラムヘッドの加振部に伝えることができ、押し出し負荷を低減させることができる。その結果、コークス炉の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、コークスの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】
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装置の設計において、振動を効果的に付与するためには、振動力の方向と対象物の重心位置の関係を注意して設計することが特に重要であると、本発明者らは考えた。上記したように加振機は、押し出し装置の押し出し棒部分であるラムロッド後方の、炭化室内に入らない部分に取り付ける必要があり、ラムヘッドに設置した加振部（加振板）には加振ロッドを介して振動を伝える方法が適当であると考えられる。加振機の振動力をラムヘッドの加振部に伝えるために加振ロッドを用いる場合、加振ロッドが加振機の振動力をなるべく減衰することなく確実にラムヘッドの加振部に伝えるためには加振ロッドの軸方向に振動力を正確に伝えることが望ましい。このためには加振ロッドの軸位置・方向と加振機の重心位置・方向を概略合わせることが望ましくこれを設計方針とした。なお、上記が満たされていると、振動を伝える方向の重心位置と加振機の重心位置は離れていても良い。
【００１９】
ラムヘッドに接続した、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ができる。加振ロッドはラムロッドの内側に入れることもできる。このように加振ロッドを設置すると、加振ロッドの重心はパイプの中心高さ位置となり、左右のロッドを一体として考えると重心は左右のロッドの中間位置となる。また、振動を伝える方向は加振ロッドの軸方向である。ラムロッドはほぼ水平に設置されるので、ここでの重心位置とはラムロッドの鉛直な断面内での位置ということができる。
【００２０】
先に述べたように加振力を効率的に伝えるためには加振機の重心位置（これまでの説明からラムロッドの鉛直な断面内での）を加振ロッドの重心位置と合わせることが望ましい。また振動方向も加振ロッドの軸心方向と合わせることが望ましい。すなわち加振機の主要部となる加振モーターとそれを取り付けるベース構造である台座部分の全体としての重心高さを加振ロッドの重心位置、軸方向に合わせることが望ましい。
【００２１】
鉛直な断面内での加振ロッド重心位置はラムロッド内部にあることになるため、加振機の設置位置はラムロッドと同じ位置が望ましいこととなる。しかし現状ではラムロッドの内部に組み込めるようなコンパクトな加振機が存在しないため、通常使用される偶数個組み合わせて用いる加振モーターを使用することが現実的である。このように複数台の加振モーターを用いることを考えると、ラムロッドを囲むように、ラムロッドの両側に同じ台数ずつの加振モーターを配置することが適当であると考えられる。
【００２２】
次に、加振機の構造について説明する。
【００２３】
加振機に用いる加振モーターは単独で用いられることもあるが、多くの場合は偶数個（通常は２個）を用いて、振動させたい対象に固定し、振動錘（偏心錘）を各加振モーターで逆方向に回転させて特定の一方向の振動力を得るものである。必要な加振力に応じて、加振モーターの数を増やすことができる。
【００２４】
この原理を図１０を用いて説明する。図１０は２つの加振モーターの振動錘を逆に回転させることを表しており、２つの加振モーターが図１０の位置関係にあるとき、逆方向にかつ位相関係がそろって回転していると、振動錘１９ａ、１９ｂに点線の矢印で示す遠心力がそれぞれ発生するが、Ｘ軸方向の力は打ち消しあい、Ｙ軸方向の力は強めあい、結果としてY軸方向の振動力を得ることができる。
【００２５】
１つの加振モーターはモーターの回転軸の両端に振動錘を取り付けた構造をしており、ほとんどの場合その重心はモーターの中心位置とほぼ一致しており、振動力の発生方向は重心位置を含む回転軸に垂直な平面である。
【００２６】
よって２個の加振モーターを使う図１０のような場合は図１０において紙面に垂直な方向の高さを同じくして、振動方向（ここではＹ軸方向）に対して垂直方向（ここではＸ軸方向）に２つ並べるのが望ましい。
【００２７】
そして、２個の仕様の等しい加振モーターを１システムと考えた場合の重心位置は、２個のモーターの重心位置をつないだ線分の中央（図１０中の×印）となる。
【００２８】
また、加振モーターのＸ方向の力を確実に打ち消しあうためには、加振モーターを取付ける台座はX方向について必要十分な剛性をもつ必要がある。
【００２９】
以上を踏まえて現実的な押し出し装置の構造を検討すると、ラムロッドは前述のように箱型であるので、加振機を取り付ける台座はその周りを取り囲む構造とすることが適当である。
【００３０】
しかし、ラムロッドの下側にはラムロッドを支持する車輪や、その他の構造物がある。これらの構造物との接触を避けるためには、台座はコの字型等の、ラムロッドの上部と左右を囲み下部が開放された、鞍型とすることが望ましい。
【００３１】
以上のことから、鞍型の台座の重心位置をラムロッドの進行方向に垂直な断面において、加振ロッド重心位置とあわせ、加振モーターを左右対称な位置に配置してその重心が加振ロッドの重心と一致する高さになるように台座を設計することが重要である。
【００３２】
また、加振機が不要な振動を起こさないためには鞍型の台座と複数個の加振モーターの３次元的な重心位置を合わせることが望ましい。
【００３３】
なお、加振機の形状は完全に左右対称とする必要はなく、加振ロッド等と重心が揃えられればそれでよい。
【００３４】
上記の本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
図１は、本発明のコークス押し出し装置の一実施形態を説明するための側面図であり、図２は、その平面図、図３はその断面図である。
【００３６】
コークス押し出し装置１は、押し出しラム２と加振部５と加振機９と加振ロッド８とからなり、押し出しラム２はラムロッド３とラムロッド３の先端に取り付けられたラムヘッド４とからなり、加振機９は加振モーター６と台座７とからなっている。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４の押し当て面の一部が加振部（加振板）５となっている。その加振部５を振動させるための加振機９がラムロッド３の後端部近傍に配置されている。加振モーター６の台座７は、図３に示すように、ラムロッド３の長さ方向に垂直な断面において、下部が開放されたコの字型であり、ラムロッド３に対して鞍型となるように配置されている。加振モーター６は台座７に固定され、加振部５と台座７とは加振ロッド８を介して接続されている。台座７と加振ロッド８とは、台座の内部の適当な位置で接続すればよい。なお、図１〜３において図中の×印は各構成部分の重心であり、重心が振動方向で一致していることを示している。
【００３７】
以上の鞍型の台座を有する加振機は、ラムロッドと同期した動きと別の動き（静止）が必要となる場合があるので、ラムロッドに支持しない構造とすることが望ましい。そのためには、ラムロッドとは別に加振機を振動可能に支持し、移動できるようにすることが必要であり、ラムロッドと同じ動きが出来るように別途レールをラムロッドの左右に設置して、そのレール上を走行可能なように車輪をつけた台車を置き、そこにバネを介して加振機を載せる構造とすることが望ましい。バネを介して接続することで、加振機の水平方向での振動が安定する。台車は左右に分離することは望ましくなく、ラムロッドのガイドローラ等との接触を避けるため、本体部分は加振機と同様に下部の開放された概略鞍型とすることが望ましい。
【００３８】
加振機を台車に設置した場合を図４〜６に示す。図４は、本発明のコークス押し出し装置の一実施形態の側面図であり、図５は、その平面図、図６はその断面図である。図中の×印は各構成部分の重心である。
【００３９】
台車１０は車輪１１を有し、これにより台車１０はレール１２上を走行可能である。加振機９の台座７の下部と台車１０の下部とはバネ１３により接続され、加振機９は台車１０の上に振動可能に配置される。
【００４０】
加振機による振動を水平方向について、より安定させるためには、さらに台車の上部と加振機の上部とをバネを介して接続することが望ましい。
【００４１】
図７〜９に加振機を台座に上下部分でバネを介して接続した場合の一実施形態を示す。図７は、本発明のコークス押し出し装置の一実施形態の側面図であり、図８は、その平面図、図９はその断面図である。図中の×印は各構成部分の重心である。
【００４２】
上記の実施形態においては加振ロッドをラムロッドの左右外面に沿って設置する構造としたが、ラムロッドは内部が中空になったボックス構造であるので、加振ロッドをラムロッドの内部に配することも可能である。
【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】
以上の押し出し装置を用いることで、コークス塊に効果的に振動を付与しながら押し出しを行なうことができる。一方で、上記で説明したように加振モーターをペアで使用して、左右方向の加振力を打ち消す必要があるので、鞍型の加振機の台座部分は十分な補強が必要である。しかし、台座部分を強固にしすぎると質量が過大となり、レールの構造もこれに耐えうるものとする必要があり、これを設置する押し出し機のフレーム構造の荷重対策も必要になる。また、加振機の移動をラムロッドに同期させるために、加振ロッドで加振機を引っ張る構造とする場合、その牽引力が増大し、そのための処置が過大になる等の問題が生じる可能性がある。
【００４６】
そのため、鞍型の台座に加振モーターを取り付けた状態で、加振力がかかった場合の振動モードをＦＥＭ計算などで解析し、鞍型の台座の下部が開いたり閉じたりするモードの最低周波数が加振機の基本振動の最高周波の概ね２倍以上となるように設計することで、鞍型の台座の異常振動や振動モーターの回転不良を防ぐことが可能となり、かつ質量の増大を防ぐことが可能となる。ここで、基本振動の周波数とは、加振モーターの場合には回転数で決まる基本的な振動の周波数であり、付加的に発生する高次の周波数は考慮しないものとする。
【００４７】
上記のように構成されたコークス押し出し装置を用いて、コークス塊を炭化室から押し出す場合の手順（作動状況）を説明する。
【００４８】
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。加振機もラムロッドに同期して走行し、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。この際に加振機もラムロッドに同期して走行し、前進させる。それにより、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。加振機がラム駆動装置に到達する際にはラムヘッドは十分に炭化室の中央部に達しているので、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れば、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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【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側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコークス押し出し装置の平面図である。
【図３】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４】本発明の他の一実施形態に係るコークス押し出し装置の側面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に係るコークス押し出し装置の平面図である。
【図６】本発明の他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７】本発明の他の一実施形態に係るコークス押し出し装置の側面図である。
【図８】本発明の他の一実施形態に係るコークス押し出し装置の平面図である。
【図９】本発明の他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１０】加振モーターの振動原理の説明図である。
【図１１】従来技術のコークス押し出し装置の側面図である。
【図１２】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】
【００５０】
１    コークス押し出し装置
２    押し出しラム
３    ラムロッド
４    ラムヘッド
５    加振部
６    加振モーター
７    台座
８    加振ロッド
９    加振機
１０    台車
１１    車輪
１２    レール
１３    バネ
１４    バネ
１９ａ    振動錘
１９ｂ    振動錘
２０    押し出しラム
２１    ラムロッド
２２    ラムヘッド
２２ａ    上部押し当て面
２２ｂ    中間押し当て面（加振板）
２２ｃ    下部押し当て面
２８    加振機
２９    加振ロッド
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
【図１】
0005163111.tif 000002
【図２】
0005163111.tif 000003
【図３】
0005163111.tif 000004
【図４】
0005163111.tif 000005
【図５】
0005163111.tif 000006
【図６】
0005163111.tif 000007
【図７】
0005163111.tif 000008
【図８】
0005163111.tif 000009
【図９】
0005163111.tif 000010
【図１０】
0005163111.tif 000011
【図１１】
0005163111.tif 000012
【図１２】
0005163111.tif 000013