JP2005120331A - 変形と亀裂が極めて少ない炭化炉口枠 - Google Patents

Abstract

【課題】 石炭粒子の高い乾留温度による部分溶損を防止しかつ不可避的な膨張による影響で生じるＣ形反りや湾曲変形などの変形と亀裂の発生を少なめた炭化炉口枠を提供する。
【解決手段】 コークス炉の炭化炉の出入口を開閉する炉蓋の炭化炉側に設けたナイフエッジにおいて、その断面形状のシール用フランジ部材を当接する炭化炉口枠４の上方桁部材１１でかつ開口側内周面の炭化炉側に、耐熱合金部材１３を掛合継手形状で遊嵌した。
【選択図】 図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、コークス炉の炭化室（炉）出入口を開閉する炉蓋のシール用フランジ部材を当接する、炭化炉の炉口枠に関するものである。

コークス炉の炭化炉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高い乾留温度に耐えられる頑丈な鋼鉄製フレームの構造体で、石炭粒子の乾留中に発生するＣＯやＣＨ_４などの地球環境汚染ガスリークを防止するため、ガスシール性の高い構造に製作されている。この事から高いシール性を目的とする炭化炉蓋に関しては、多くの特許公報がある。例えば実開平７−３８１５６号公報には「炭化炉締結構造に設けた金属製の炉蓋本体に、該炉蓋本体内の空気を閉じ込めて該空気の対流により炉蓋本体の反りや曲がりを防止しかつ該炉蓋本体内の加熱により炉口を保温する密閉構造のボックスを介して、炭化炉口枠に当接するナイフエッジ断面形状のシール用フランジ部材を周設した押圧構造のシールプレートを設け、さらに炭化炉の炉口付近に突入する耐火煉瓦を設けた炉蓋」で、密閉ボックスで閉じ込めた炉蓋本体内に空気の対流を利用して炉蓋本体内外側の温度差を少なくして本体歪み（反りや曲がり）を極力小さくしてシール用フランジ部材のガスシール追従性を向上させた炉蓋がある。また特開２００１−２８８４７２号公報には「炭化炉口を開閉する炉蓋フレームの炭化炉側に、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材を周設したシールプレートを介して炉内プレート、耐熱パッキングシート、炭化炉内に突入する耐火煉瓦などからなる重合部材をスライドプレートを設けると共に、さらにシールプレートのフランジ部材を炭化炉側へ押圧する伸縮自在機構具を付設した、炭化炉内の気密性に優れた炉蓋」などが開発されている。

実開平７−３８１５６号公報（第４頁 図１） 特開２００１−２８８４７２号公報（第１頁 図３）

発明が解決しようとする課題

上記の様にいずれの炉蓋も、耐熱構造でかつ気密構造に設計されている。しかしながら、シールプレートの周端部に設けたフエッジ断面形状のフランジ部材を当接する厚肉（１６０ｍｍ程度の鋳鉄製）の炭化炉口枠は、石炭粒子の高い乾留温度に曝されるため、枠内（開口）内周面の炭化炉側で、部分溶損する問題があった。また炉蓋を開閉する毎に急熱と急冷の熱サイクルが繰り返される使用条件の中で、炭化炉口枠が徐々にＣ形反りや湾曲変形を起こし、炉蓋との当接間に隙間を形成し、炉内発生ガスを放出する問題があった。さらに炭化炉口枠の上方桁部材においては、炉口内周面の炭化炉側あるいはその内周両隅角部から亀裂が発生し、上方向に大きく伝播する問題もあった。従って、気密性の優れた炉蓋を炭化炉口枠に当接しても、炭化炉口枠にＣ形反りや湾曲変形や亀裂が発生し、炭化炉内の気密性が長期間にわたって保持されない問題があった。

本発明者らは先ず、実用コークス炉でこの問題を発生した炭化炉口枠を供試材にして外観観察や金属組織観察や各種の材質試験からその原因について調査した結果、炭化炉口枠の部分溶損は、鋳鉄材料が石炭粒子の高い燃焼温度に耐えられず、終極的に起こした現象であると考察した。また炭化炉口枠のＣ形反りや湾曲変形は、炉蓋の開閉毎に繰り返される加熱冷却の熱サイクルで起こる化合炭素の黒鉛化による膨張とＡ_１変態を通過する際に生じる膨張、大きく成長した片状黒鉛の間隙を通って内部に侵入した炭化炉内ガスや空気が鋳鉄中の鉄や珪素を酸化し体積が大きい酸化物を生成して次第に増加する膨張などによって生じるものと考察した。さらに亀裂は、外観観察から炭化炉口枠の上方桁部材が特に高く加熱された形跡があり、該温度から冷却される外部の収縮と内部から大きな引張応力を受ける熱応力の影響を受けて発生し、強度の低い低片状黒鉛に沿って徐々に大きく進展するものと考察した。

課題を解決するための手段

さらに本発明者らは、上記した現象の知見や考察を基に、石炭粒子の高い燃焼温度による炭化炉口枠の部分溶損を防止し、不可避的な膨張の影響で生じるＣ形反りや湾曲変形と亀裂の発生を少なめた炭化炉口枠を提供する事を目的に種々検討した結果、溶損と変形や亀裂を起こし易い箇所すなわち炭化炉口枠の上方桁部材に耐熱金属部材を遊嵌する事で、目的が達成される事を知見した。
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、コークス炉の炭化炉出入口を開閉する炉蓋の炭化炉側に設けたナイフエッジ断面形状のシール用フランジ部材を当接する炭化炉口枠の上方桁部材でかつ開口側内周面の炭化炉側に、耐熱合金部材を掛合継手形状で遊嵌した変形と亀裂が極めて少ない炭化炉口枠である。

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１は本発明の一実施例で、炭化炉出口（または入口）近傍部の炭化炉高方向の断面図を示す。図１において、１は押圧式の炉蓋で、炭化炉２のコークス押出機側またはコークス排出側の出入口３の周縁部に装着された炭化炉口枠４を押しながら該炭化炉２を密閉するもので、開閉自在な鋼鉄製枠体フレーム５の炭化炉側には、炭化炉口枠４を押圧するナイフエッジ断面形状のフランジ部材６を周縁部に設けた可撓性耐熱金属材のシールプレート７と必要によってはさらに耐熱性パッキングシートを介して、炭化炉内に突出する耐火煉瓦８または該耐火煉瓦８に不定形耐火物材料を施した二層構造の耐火物部材あるいは耐熱金属短冊板を縦横に配列して構成した炉内ガス発生回遊離隔室と断熱ボックスからなる耐熱構造物など、各種の耐熱部材を重合する耐熱構造物が設けられている。さらに鋼鉄製枠体フレーム５の炉外側には、炭化炉１の出入口３を強く押圧し締結するための圧縮バネやボルトなどの締結用部材を組み合わせて構成された閂９、また前記したシールプレート７の周縁部には、フランジ部材６を炭化炉口枠４に押圧するシリンダーやバネなどを使用した進退自在な押圧治具１０が設けられている。すなわち、炉蓋１は、炭化炉２の出入口３を閉塞し該炭化炉内を密閉する耐熱構造体に設けられたもので、本発明においてはその構造について特に限定するものではなく、上記以外に通常使用される炉蓋構造であってもよい。

図２は、炭化炉口枠４の一実施例を下方側切欠図面で示したもので、上方桁部材の炉高方向断面図ａとその炭化炉側外観図ｂを示す。炭化炉口枠４は、上方桁部材１１と下方桁部材（切欠図面のため、図示せず）と柱部材１２の２本を枠体形状に繋ぎ合わせたものあるいは一体形状に鋳造または加工を施して製造された厚肉鋳鉄製のもので、過酷な使用条件で大きな膨脹と亀裂を起こし易いとされる上方桁部材１１の一部または全部さらには隣接する柱部材１２との隅角近傍部でかつ枠内（開口側）内周面の炭化炉側に、耐熱合金部材１３を掛合継手形状で遊嵌したものである。つまり、本発明は、鋳鉄材料の黒鉛化と酸化物がもたらす膨脹による炭化炉口枠４の形状変化さらには片状黒鉛に沿って起こる亀裂の問題を起こし易い該炭化炉口枠４の箇所に、黒鉛化や多くの酸化物を生成する事のない耐熱金属部材を遊嵌する事で、上記した問題を解決しようとするものである。耐熱合金部材とは、結晶組織上からフェライト系やオーステナイト系に属する金属で、高温度において形状不変で強度を保持し、しかも高温ガスの侵食にも耐えられる特性を有する金属で、鋼にクロム、モリブデン、珪素やタングステンなどの特殊元素を含有した耐熱鋼で例えば耐熱クロム鋼、ニッケルクロム耐熱鋼、モリブデン耐熱鋼、シルクロム耐熱鋼などの他に、インコネル金属の様なニッケル基合金など特殊金属を使用してもよい。さらに本発明においては、上方桁部材１１と該上方桁部材１１に遊嵌する耐熱合金部材１３の両部材が、屈折した継手形状でかつお互いに掛け合ういわゆる掛合継手形状で、炭化炉側から両部材の継手面を擦りながら進退自在に挿嵌し遊嵌された継手構造に組立てられているため、炉蓋１の開閉動作中に耐熱合金部材１３を脱落する事がなく、炭化炉から飛来する石炭微粒子の侵入を防いで継手間のタール化を防止する共に、遊嵌する事で出来る隙間が各部材の膨脹を吸収するため、炭化炉口枠のＣ形反りや湾曲変形さらには亀裂の発生を抑制し、例え発生しても耐熱合金部材１３への伝播を防止する効果を奏する。
１４は螺子込みボルトである。螺子込みボルト１４は、上方桁部材１１に挿嵌された耐熱合金部材１３が、炭化炉口枠４の運搬中やコークス操業中あるいは炉蓋の開閉作業中に何らかの衝撃を受けて脱落しまた所定の遊嵌位置から移動して該炭化炉口枠４の機能低下を防止するものであって、必要に応じて設けられる耐熱金属部材１３の締結具である。

上記の様に構造に組立てられた本発明の炭化炉口枠４は、従来から使用される鋳鉄製の炭化炉口枠と同様に、炭化炉２の出入口３の周縁部に装着し、炉蓋１にシールプレート７を介して設けられたナイフエッジ断面形状のフランジ部材６に押圧さながら該炭化炉内を密封する。

発明の効果

以上述べた様な本発明の炭化炉口枠４によれば、過熱を受ける上方桁部材１１でかつ開口側内周面の炭化炉側に、黒鉛組織を生成しない耐熱合金部材１３を掛合継手形状でしかも膨脹を考慮した遊嵌構造の鋳鉄製構造物に製作されているため、部分溶損を起こす事もなく、Ｃ形反りや湾曲変形を著しく低減する。例え膨脹の大きい鋳鉄部材で亀裂が発生しても掛合継手形状の隙間によって伝播阻止されるため、耐熱合金部材１３に何ら影響を及ぼす事なく、本発明の炭化炉口枠４は長期間継続して使用する事ができる。

本発明における炭化炉出口近傍部の一実施例で、炉高方向の断面図を示す。 炭化炉口枠の一実施例を下方側切欠図面で示したもので、上方桁部材炉高方向の断面図ａとその炭化炉側外観図ｂを示す。

符号の説明

１ 炉蓋
２ 炭化炉
３ 出入口
４ 炭化炉口枠
６ シール用フランジ部材
１１ 上方桁部材
１３ 耐熱合金部材

Claims (1)

1. コークス炉の炭化炉（２）の出入口（３）を開閉する炉蓋（１）の炭化炉側に設けたナイフエッジ断面形状のシール用フランジ部材（６）を当接する炭化炉口枠（４）の上方桁部材（１１）でかつ開口側内周面の炭化炉側に、耐熱合金部材（１３）を掛合継手形状で遊嵌した事を特徴とする変形と亀裂が極めて少ない炭化炉口枠。

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