JP6992405B2

JP6992405B2 - コークス炉の炉体炉締構造及びコークス炉の構築方法

Info

Publication number: JP6992405B2
Application number: JP2017206613A
Authority: JP
Inventors: 秀行村木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: JP2019077812A

Description

本発明は、コークス炉の炉体炉締構造及びコークス炉の構築方法に関するものである。

室炉式コークス炉は、上下に２層構造となっており、下層に蓄熱室、上層に炭化室と燃焼室が配置される。上層と下層との間に蛇腹部（コーベル部とも呼ばれる。）が配置される。炭化室は炉長方向に１６ｍ程度、高さが６ｍ程度、炉団長方向に幅が０．５ｍ程度であり、燃焼室は同様の炉長、高さで幅が０．８ｍ程度であり、炭化室と燃焼室が炉団長方向に交互に配置されて炉団を形成している。これら蓄熱室、炭化室、燃焼室、蛇腹部は煉瓦積みで構築される煉瓦構造物である。

燃焼室の炉長方向両端には、煉瓦構造物に炉締力を付与するためのバックステーが配置されている。バックステーの上端部と下端部には、バックステーを炉締め方向に押しつける張力を付与するクロスタイロッドが配置され、バックステーとクロスタイロッドの接続部に設けられる炉締めスプリングによって炉締力が形成される。

燃焼室の炉長方向両端部には保護板が設けられ、炭化室の炉長方向両端部には炉枠が設けられ、炉枠には炭化室の炉蓋が接続される。バックステーからの炉締力は、保護板を介して燃焼室の煉瓦構造物を締め付ける働きをしている。

バックステーから保護板への炉締力の付与方法については、バックステーからの炉締力を炉枠を介して保護板に伝達する方法、バックステーからの炉締力を直接保護板に伝達する方法がとられている。本発明は主に、バックステーからの炉締力がまず炉枠に伝達され、炉枠から保護板に伝達される炉締め構造を対象とする。

特許文献１には、保護板とバックステーとの間にベアリングを設置する構造が開示されている。

バックステーと保護板又は炉枠との接続構造については、バックステーと保護板又は炉枠との間に炉締金物を介して接続する構造がある。特許文献２には、バックステーと炉枠の間に炉締金物を配置した炉締め構造が開示されている。炉締金物は、内部にスプリングなどの弾性体を有し、炉長方向に受ける圧縮力に応じて圧縮される弾性構造物であり、バックステー当たり、燃焼室と相対する部分の高さ方向に８－１０個の炉締金物を有している。特許文献３には、炉締金物としてスプリングあるいは油圧流体を用いた加圧機構を配置した炉締め構造が開示されている。炉締金物を介してバックステーと炉枠とが接続されているので、バックステーと炉枠との間隔が高さ方向に変動していたとしても、炉締金物の弾性変形で形状変動を吸収することができ、高さ方向いずれの場所でも常に炉締力を付与することが可能となる。

特許文献４には、バックステー、炉締金物、炉枠、保護板を介して燃焼室の炉長方向に炉締力を付与するコークス炉の炉体締付け方法が開示されている。同文献の図８には、バックステーと炉枠との間に炉締金物を介して炉締力を付与する方法として、炉締金物の反炉側をバックステーから炉団長方向に張り出した支持板で支え、炉締金物の炉側端部が炉枠の炉団長方向端部に炉締力を付与する方法が開示されている。より好ましい態様として、同文献の図１には、バックステー位置を中心として炉団長方向両側に張り出す横棒（炉締伝達装置）を配置し、炉締伝達装置の両端は炉枠を炉内側に押しつける方向に接続し、炉締伝達装置とバックステーとの間を炉締金物によって接続し、炉締金物の炉側を炉締伝達装置、反炉側をバックステーによって支持し、炉締伝達装置を介して煉瓦構造物に炉締力を付与する構造が開示されている。特許文献３にはさらに、炉締伝達装置に、炉枠とバックステーとの間の距離の変化を調整できる機能を持たせることが記載されている。

特開２０１４－２１０８３８号公報特開２０１３－１０４０４８号公報実開昭５５－１１６０５１号公報特開２０１６－１１３４７６号公報

コークス炉炉体の煉瓦構造物、特に燃焼室には、珪石煉瓦が用いられている。珪石煉瓦は、６００℃以上における熱膨張係数が小さい一方、常温から３００℃までについては熱膨張係数が大きいことが特徴である。そのため、燃焼室の煉瓦構造物を常温で構築した後、コークス炉の運転温度まで昇温する過程で、燃焼室は炉長方向に膨張する。燃焼室は炉長方向に１６ｍ程度の長さを有しているため、昇温による膨張代は炉長方向端部でそれぞれ１００ｍｍ前後に達する。燃焼室の煉瓦構造物は、昇温の前、昇温の後のいずれも、バックステーを用いて炉締力を保持している。燃焼室が上記のように昇温の前後で大きく膨張するため、バックステーの立設位置としては、煉瓦構築時のバックステーの立設位置（以下「冷間位置」という。）を、炉体昇温後のバックステーの立設位置（以下「熱間位置」という。）に一致させることができず、炉体昇温時にバックステーの立設位置が移動する。そのため、コークス炉を構成する構造物のうち、バックステーと接続する構造物、例えばドライメインやプラットホームについては、昇温が完了した後に構築あるいは位置の調整を行うことが必要であった。バックステーの立設位置を、冷間位置と熱間位置で一致させることができれば、バックステーと接続する構造物を昇温前に構築、位置調整を完了することができる。

本発明は、コークス炉の炉体を築造するに際し、バックステーの立設位置を冷間位置と熱間位置で一致させることのできる、コークス炉の炉体炉締構造及びコークス炉の構築方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）コークス炉の炉体の炉長方向両端に配置されたバックステーで炉体に炉締力を付与するコークス炉の炉体炉締構造であって、スプリングを有する炉締金物と、炉締金物による炉締力を炉体に伝達する炉締伝達装置を有し、さらに着脱可能な複数個のスペーサーを有し、前記複数個のスペーサーは、炉締伝達装置から炉体へ炉締力を伝達する経路において炉締伝達装置に接して装着されていることを特徴とするコークス炉の炉体炉締構造。
（２）前記バックステーから炉締金物へ炉締力を伝達する経路にはバックステーと炉締金物の間隔又は炉締金物と炉締伝達装置の間隔を調整することのできる間隔調整機構を有していることを特徴とする前記（１）に記載のコークス炉の炉体炉締構造。
（３）コークス炉の炉体の炉長方向両端に配置されたバックステーで炉体に炉締力を付与するコークス炉の炉体炉締構造であって、スプリングを有する炉締金物と、炉締金物の反炉側にバックステーから炉団長方向に張り出した支持板を設け、当該支持板によってバックステーからの炉締力を炉締金物に伝達し、さらに着脱可能な複数個のスペーサーを有し、
前記複数個のスペーサーは、前記支持板と炉締金物との間又は炉締金物と炉体との間に装着されていることを特徴とするコークス炉の炉体炉締構造。
（４）前記（１）から（３）までのいずれか１つに記載のコークス炉の炉体炉締構造を用い、炉体の煉瓦築造時には前記複数個のスペーサーを装着し、炉体の昇温に際し、昇温時の炉体膨張に対応して前記スペーサーのうち１以上を取り去ることを特徴とするコークス炉の構築方法。
（５）炉体の煉瓦構築時のバックステーの立設位置（以下「冷間位置」という。）を、炉体昇温後のバックステーの立設位置（以下「熱間位置」という。）に一致させることを特徴とする前記（４）に記載のコークス炉の構築方法。

本発明のコークス炉の炉体炉締構造を用い、コークス炉の炉体を築造するに際し、炉体の煉瓦築造時には複数個のスペーサーを装着し、炉体の昇温に際し、昇温時の炉体膨張に対応して必要な個数のスペーサーを取り去ることにより、バックステーの立設位置を冷間位置と熱間位置で一致させつつ、昇温前、昇温中、昇温後のいずれにおいても、好適な炉締力を煉瓦構造物に対して付与することができる。

本発明の炉体炉締構造の１例を示す部分平面断面図であり、（Ａ）は煉瓦構造物が常温のとき、（Ｂ）は煉瓦構造物の昇温を完了したときを示す。本発明の炉体炉締構造を示す部分斜視図である。本発明の炉体炉締構造の１例を示す部分平面断面図である。本発明の炉体炉締構造の１例を示す部分側面断面図である。本発明の炉体炉締構造の１例を示す部分平面断面図であり、（Ａ）は煉瓦構造物が常温のとき、（Ｂ）は煉瓦構造物の昇温を完了したときを示す。

図１～５に基づいて本発明を説明する。

本発明は、コークス炉の炉体の炉長方向３２両端に配置されたバックステー５で炉体に炉締力を付与するコークス炉の炉体炉締構造と、その炉締構造を用いたコークス炉の構築方法を対象とする。図１、図４には、炉長方向３２一方の端部におけるバックステー５と煉瓦構造物２１との位置関係を示す。コークス炉は、燃焼室４の炉長方向３２両端に配置した保護板７を有し、バックステー５の炉締力を保護板７に伝達し、保護板７によって燃焼室の煉瓦構造物２１を炉長方向３２に保持する。通常はさらに、炭化室３の炉長方向３２両端に配置した炉枠６を有し、炉枠６の炉団長方向３１両側部は隣接する燃焼室４の保護板７に接しており、当該接触部で、保護板７が炉枠６よりも炉内側に位置する。

本発明が対象とする炉締構造は、図１、図５に示すように、スプリング１４を内蔵する炉締金物１３を有する。バックステー５からの炉締力は、炉締金物１３を介して保護板７に伝達される。炉締金物１３は、バックステー５の炉団長方向３１両側に１個ずつ配置することとすると好ましい。炉締金物１３にスプリング１４を内蔵することにより、バックステー５と炉枠６との間隔に若干の変動があったとしても、炉締金物１３内のスプリング１４の弾性変形で形状変動を吸収することができ、高さ方向いずれの場所でも常に炉締力を付与することが可能となる。

本発明では第１の実施の形態としてまず、炉締金物１３による炉締力を炉体に伝達する炉締伝達装置１５を有し、バックステー５からの炉締力は、炉締金物１３と炉締伝達装置１５を経由して炉枠６に伝達され、さらに炉枠６を経由して保護板７に伝達される形態について説明する（図１参照）。炉締伝達装置から直接保護板に炉締力を伝達する形態も可能である。本発明では次に第２の実施の形態として、炉締伝達装置を用いるのではなく、炉締金物１３の反炉側にバックステーから炉団長方向に張り出した支持板２５を設け、支持板２５によってバックステー５からの炉締力を炉締金物１３に伝達する形態について説明する（図５参照）。以下、第１の実施の形態、第２の実施の形態の順に説明を行う。

《第１の実施の形態》
第１の実施の形態の炉締構造は、図１に示すように、バックステー５位置を中心として炉団長方向３１両側に張り出す横棒（炉締伝達装置１５）を配置し、炉締伝達装置１５の両端は炉枠６を炉内側に押しつける方向に接続し、炉締伝達装置１５とバックステー５との間を炉締金物１３によって接続し、炉締金物１３の炉側を炉締伝達装置１５、反炉側をバックステー５によって支持し、炉締金物１３と炉締伝達装置１５を介してバックステー５からの炉締力を煉瓦構造物２１に付与する。即ち、炉締伝達装置１５とバックステー５との間はスプリング１４を内蔵する炉締金物１３によって接続され、バックステー５から炉締金物１３を介して炉締伝達装置１５に炉締力を付与することができる。バックステー５には炉締伝達装置１５を貫通させるためのバックステー開口部１８を有し、このバックステー開口部１８を通して炉締伝達装置１５はバックステー５を貫通する。炉締伝達装置１５の両端が、バックステー５に隣接する両側の炉枠６に炉締力を伝達する。あるいは、炉締伝達装置の両端が、炉枠ではなく直接に保護板に炉締力を伝達する構造でも良い。

本発明の炉締構造はさらに、着脱可能な複数個のスペーサー１６を有し、当該複数個のスペーサー１６は、炉締伝達装置１５から炉体へ炉締力を伝達する経路であって炉締伝達装置１５の側に装着されている。１個のスペーサー１６を装着することにより、炉締伝達装置１５と炉体との距離を３０～４０ｍｍ程度大きくすることができる。３個のスペーサー１６を装着することにより、炉締伝達装置１５と炉体との距離を９０～１２０ｍｍ程度大きくすることができることになる。図１（Ａ）に示す例では、スペーサー１６ａ、スペーサー１６ｂ、スペーサー１６ｃの３個のスペーサー１６を装着した場合を例示している。

前述のように、燃焼室４の煉瓦構造物２１を常温で構築した後、コークス炉の運転温度まで昇温する過程で、燃焼室４は炉長方向３２に膨張し、昇温による燃焼室膨張代３４は炉長方向端部でそれぞれ１００ｍｍ前後に達する。図１（Ｂ）は燃焼室の昇温が完了した時点を示し、図１（Ａ）と対比すると燃焼室４の煉瓦構造物２１端部が燃焼室膨張代３４だけ移動している。燃焼室４の煉瓦構造物２１は、昇温の前、昇温の後のいずれも、バックステー５を用いて炉締力を付与し続ける必要があるため、従来は、バックステーの立設位置として、煉瓦構築時のバックステーの立設位置（冷間位置）を、炉体昇温後のバックステーの立設位置（熱間位置）よりも炉側に近い位置とし、炉体昇温時にバックステーの立設位置が移動する態様としていた。

それに対して本発明の炉締構造においては、上述のように、炉締伝達装置１５から炉体へ炉締力を伝達する経路であって炉締伝達装置１５の側に複数個のスペーサー１６を装着することができる。煉瓦構造物２１を構築する際において所要の数のスペーサー１６を装着しておき、昇温の際もバックステーの位置は移動せず、煉瓦構造物２１の膨張に応じてスペーサー１６を１個ずつ取り外すこととすれば、バックステー５の位置は固定のままで、昇温中も常に適切な炉締力を保持し続けることが可能となる。図１（Ａ）、図２においては、スペーサー１６としてそれぞれ３個のスペーサー（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を装着している。煉瓦構造物２１の昇温に伴って、煉瓦構造物２１の炉長方向３２の膨張が進行するにつれ、１以上のスペーサーを取り去る。まずはスペーサー１６ａを取り外す。図２において、スペーサー１６ａを固定するロックボルト１７ａを緩めることにより、スペーサー１６ａを取り外すことができる。さらに膨張が進行したら、ロックボルト１７ｂを緩めてスペーサー１６ｂを取り外す。最終的に、最後のロックボルト１７を緩めて最後のスペーサー１６を取り外したところで、燃焼室４の昇温が完了するように、最初に装着するスペーサー１６の個数を調整する。

バックステー５の位置は固定のままで煉瓦構造物２１の熱膨張に対し適切な荷重を保持するため、炉締伝達装置１５は炉団長方向３１には固定され、炉長方向３２には煉瓦構造物２１の膨張に沿って稼働するようガイド機構を備えると好ましい。図２において、ガイド機構の実施の形態の一つとして、バックステー５にガイド用ブラケット２０を設け、炉締伝達装置１５にはガイド用ボルト１９を設け、ガイド用ブラケット２０のガイド穴に沿ってガイド用ボルト１９がガイドされる構造としている。

本発明の炉締伝達構造は、スプリング１４を内蔵する炉締金物１３を有している。炉締金物１３は、スプリング１４の伸縮により、炉長方向３２に炉締力を保持しつつ伸縮することが可能である。炉長方向３２の長さを４０ｍｍの範囲で変化させたとき、炉締金物１３の反発力を例えば８～３０ｋＮの範囲とすることができる。従って、例えばスペーサー１６の炉長方向３２長さが４０ｍｍのとき、昇温によって煉瓦構造物２１が膨張して炉締金物１３のスプリング伸縮代限界近くまで炉締金物１３の長さが短くなったとき、スペーサー１６を１個取り外すことにより、炉締金物１３の炉長方向３２長さを長くし、スプリング１４を伸張させる。スペーサー１６を取り外しても、炉締金物１３の反発力の変化を８～３０ｋＮの範囲内とすることができるので、煉瓦構造物昇温中も炉締力を一定範囲内に保持することが可能である。

以上のように、バックステー５の位置を固定としたままで煉瓦構造物２１の昇温を行うことができるので、炉体の煉瓦構築時のバックステー５の立設位置（冷間位置）を、炉体昇温後のバックステー５の立設位置（熱間位置）に一致させることができる。これにより、コークス炉を構成する構造物のうち、バックステー５と接続する構造物、例えばドライメインやプラットホームについても、昇温前に構築、位置調整を完了することが可能となる。

本発明の炉締伝達構造が有するスペーサー１６は、煉瓦構造物２１の昇温時における膨張代を吸収するに足る個数を配置している。従って、煉瓦構造物２１の昇温が完了して通常操業に移行する時点においては、取り外し可能なスペーサー１６はすべて取り外されていることが原則となる。そして、本発明の炉締伝達構造はスプリング１４を内蔵する炉締金物１３を具備しているので、通常のコークス炉のコークス乾留運転中において、バックステー５と保護板７との距離が多少の範囲内で変化するに際しては、炉締金物１３の伸縮代が変化することにより、炉締力を保持しつつ距離の変化を吸収することができる。

バックステー５の炉長方向３２の変形が、炉締金物１３のスプリング１４の伸縮でもカバーしきれない大きさになることがある。本実施の形態においては、図１、図３に示すように、炉締金物１３とバックステー５との間（図１参照）、炉締金物１３と炉締伝達装置１５の間（図３参照）、又は炉締伝達装置とスペーサーとの間のいずれかの２者の関係において、２者の間隔を調整することのできる間隔調整機構２２を有することにより、この問題を解決することができる。このような間隔調整機構２２を設けることにより、バックステー５の炉長方向３２変形が局所的に許容スプリング長下限を超える規模で発生したとしても、間隔調整機構２２によって間隔を調整することで炉締力の変動を許容できる範囲内とすることができる。図１には、炉締金物１３とバックステー５の間隔を調整することのできる間隔調整機構２２を有する場合の例を示している。間隔調整機構２２は雌ネジ部２３とボルト２４とを有し、雌ネジ部２３におけるボルト２４の位置を調整することにより、炉締金物１３とバックステー５との間隔を調整することができる。図３には、炉締金物１３と炉締伝達装置１５の間の間隔を調整することのできる間隔調整機構２２を有する場合の例を示している。もちろん、本発明の炉締伝達構造は、間隔調整機構を有していなくても良い。

《第２の実施の形態》
本発明の第２の実施の形態においては、炉締伝達装置を用いるのではなく、図５に示すように、炉締金物１３の反炉側にバックステーから炉団長方向３１の両側に張り出した支持板２５を設け、支持板２５によってバックステー５からの炉締力を炉締金物１３に伝達する。支持板２５を設けた結果として、バックステー５の両側に配置する炉締金物１３同士の間隔を広げることができ、炉締金物１３の炉側端部を直接炉枠６に接触させて炉締力を伝達することができる。

第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、着脱可能な複数個のスペーサー１６を有する。複数個のスペーサー１６は、支持板２５から炉体へ炉締力を伝達する経路であって、支持板２５と炉締金物１３との間又は炉締金物１３と炉体との間に装着される。図５（Ａ）に示す例では、支持板２５と炉締金物１３との間に３個のスペーサー１６（スペーサー１６ａ、スペーサー１６ｂ、スペーサー１６ｃ）を配置している。図５（Ａ）が常温で煉瓦構造物を築造完了した時点を示すのに対し、図５（Ｂ）は燃焼室の昇温が完了した時点を示す。図５（Ａ）と対比すると、図５（Ｂ）においては燃焼室４の煉瓦構造物２１端部が燃焼室膨張代３４だけ移動している。煉瓦構造物２１の昇温に伴って、煉瓦構造物２１の炉長方向３２の膨張が進行するにつれ、３個のスペーサー（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を順次取り外すことにより、バックステーの位置を固定したままで、昇温前、昇温中、昇温後のいずれにおいても、好適な炉締力を煉瓦構造物に対して付与することができる。

２蓄熱室
３炭化室
４燃焼室
５バックステー
６炉枠
７保護板
８クロスタイロッド
９炉締スプリング
１３炉締金物
１４スプリング
１５炉締伝達装置
１６スペーサー
１７ロックボルト
１８バックステー開口部
１９ガイド用ボルト
２０ガイド用ブラケット
２１煉瓦構造物
２２間隔調整機構
２３雌ネジ部
２４ボルト
２５支持板
３１炉団長方向
３２炉長方向
３３高さ方向
３４燃焼室膨張代

Claims

コークス炉の炉体の炉長方向両端に配置されたバックステーで炉体に炉締力を付与するコークス炉の炉体炉締構造であって、スプリングを有する炉締金物と、炉締金物による炉締力を炉体に伝達する炉締伝達装置を有し、さらに着脱可能な複数個のスペーサーを有し、
前記複数個のスペーサーは、炉締伝達装置から炉体へ炉締力を伝達する経路において炉締伝達装置に接して装着されていることを特徴とするコークス炉の炉体炉締構造。
前記バックステーから炉締金物へ炉締力を伝達する経路にはバックステーと炉締金物の間隔又は炉締金物と炉締伝達装置の間隔を調整することのできる間隔調整機構を有していることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の炉体炉締構造。
コークス炉の炉体の炉長方向両端に配置されたバックステーで炉体に炉締力を付与するコークス炉の炉体炉締構造であって、スプリングを有する炉締金物と、炉締金物の反炉側にバックステーから炉団長方向に張り出した支持板を設け、当該支持板によってバックステーからの炉締力を炉締金物に伝達し、さらに着脱可能な複数個のスペーサーを有し、
前記複数個のスペーサーは、前記支持板と炉締金物との間又は炉締金物と炉体との間に装着されていることを特徴とするコークス炉の炉体炉締構造。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のコークス炉の炉体炉締構造を用い、炉体の煉瓦築造時には前記複数個のスペーサーを装着し、炉体の昇温に際し、昇温時の炉体膨張に対応して前記スペーサーのうち１以上を取り去ることを特徴とするコークス炉の構築方法。
炉体の煉瓦構築時のバックステーの立設位置（以下「冷間位置」という。）を、炉体昇温後のバックステーの立設位置（以下「熱間位置」という。）に一致させることを特徴とする請求項４に記載のコークス炉の構築方法。