JP4238732B2 - 室炉式コークス炉の炉頂デッキ構造 - Google Patents

Description

本発明は、室炉式コークス炉における炉頂デッキの構造に関するものである。

図７はコークス炉を炉団長方向から見た断面図、図８はその炉頂デッキ部の拡大図であり、Ａは炉頂面、Ｂは炉頂デッキ、Ｃは炉高、Ｄは炭化室、Ｅは燃焼室を示し、前記炉頂デッキＢはＢ１〜Ｂ４の構成材料からなっている。今、図７における中央の炭化室Ｄで石炭を乾留している最中とすると、膨張圧及び発生ガスによるガス圧は、図７の矢印方向、すなわち、炭化室Ｄの側壁に作用して、両側の燃焼室Ｅを変形させる。

この変形を極力小さくするための力は、炭化室Ｄや燃焼室Ｅを上方から押さえ付けている重量、すなわち、炉頂デッキＢの自重である。この炉頂デッキＢは、珪石、粘土、断熱煉瓦、キャスタブルなどの耐火煉瓦の組み合わせで構成されているのが一般的であり、かかる炉頂デッキＢの比重はせいぜい２０００／ｍ³程度が限界である。

従って、従来は、石炭乾留時の膨張圧やガス圧に対する炭化室側壁の曲げに対する炭化室側壁の構造強度を確保するために、炉頂デッキの厚さを変更することで要求荷重となる様な設計を行っていた。ところで、石炭乾留時の膨張圧やガス圧により炭化室側壁に働く曲げモーメントは炉高の２乗に比例するため、前記の設計手法では、炉高が高くなると炉頂デッキＢの厚さをますます厚くする必要があった。従って、耐火物の使用量が増大し、また、炉全体の高さが高くなるとバックステーのような付属金物も併せて大きくなる等、経済的にも不利であった。

かかる課題を解決するための技術として、コークス炉の炉頂デッキの両端に、バックステーによって支持されたクロスステーを取り付け、このクロスステーによりコークス炉全体を炉高方向に炉締めする構造が開示されている。
特開平６−２１２１５９号公報

しかしながら、前記特許文献１で開示された構造では、炉頂面にクロスステーが露出されているため、炉頂面での作業性が悪くなると共に、炉頂面の清掃が困難となり、堆積した粉塵が二次飛散するという環境問題を誘発する等、作業性及び環境面でのデメリットが懸念される。

解決しようとする問題点は、炉高が高くなると炉頂デッキを構成する耐火物の使用量が増大し、付属金物が大型化するという問題を、作業性及び環境面の悪化を招かずに解決することができないという点である。

一般的に、金属は熱伝導率が高く、また、熱膨張係数が大きい。
従って、金属部材を炉頂面に取り付けると、炉頂面の温度が上昇して作業性が悪くなると共に、石炭乾留のために投入した熱エネルギが炉頂面から大気中へ放熱されることになってエネルギの損失となる。

また、金属部材の上下面に生じる温度差で金属部材が弓状に変形し、炉頂面が平面を維持できなくなるばかりか炉頂面に亀裂が入る等の損傷が生じる。炉頂面に亀裂が入ると、この亀裂からの雨水の浸入による炉体の損傷に繋がる可能性がある。
以上の観点から、従来は、炉頂デッキの構成材料として金属等の材料は使用が敬遠されてきた。

しかしながら、前記の問題を解決するために、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、従来の耐火物に加え金属材料、例えば鉄を炉頂デッキの構成材料として埋設状に使用することで、前記の問題を解決できることが確認できた。

本発明の室炉式コークス炉の炉頂デッキ構造は、発明者らの検討結果に基づいてなされたものであり、
炉頂デッキの厚さの増加量を抑制しつつ必要な自重が得られるようにするために、コークス炉の炉頂デッキに、比重が２．７以上の金属材料を設置し、
また、熱伝導率が高く、熱膨張率が大きい金属の特性を抑制するために、前記金属材料を埋設状に設置したことを最も主要な特徴としている。

また、本発明では、前記金属材料を複数のブロックに分割し、変形防止対策の設計が比較的簡単に行えるようにしている。
さらに、前記金属材料の周辺に断熱材を配置し、金属ブロックに熱が伝わり難くしている。

本発明によれば、コークス炉建設時における炉頂デッキ厚さの軽減や、既存炉の重量増加が容易に行えると共に、石炭膨張厚の増加で炉頂デッキの重量増加が必要になった場合にも、金属ブロックの積み段数を増加する等の対策により、炭化室壁の強度を容易に向上させることが出来る。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図４を用いて説明する。
図１は本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂デッキの断面図である。この図１において、Ａは炉頂面、Ｂは炉頂デッキであり、この炉頂デッキＢは耐火物、粘土、断熱煉瓦等を組み合わされた材料Ｂ１〜Ｂ４によって構成されている。

図２は炉頂デッキＢの前記構成材料Ｂ３の詳細構造を説明する図であり、これらの図１、図２の例では、構成材料Ｂ３を上下２段に分割し、この分割面部分に例えば蓋付の容器２を埋設状に設置している。そして、この容器２内に、３段に積み重ねた例えば金属ブロック１を設置している。この図１、図２のように、金属ブロック１を容器２内に収容すれば、完成後の金属ブロック１の追加や削減が容易となる。すなわち、容器２の蓋を取り外すことで金属ブロック１の追加や削減が容易に行えるようになる。

図１、図２の例で、炉頂デッキＢに埋設状に配置する金属材料を金属ブロック１としたのは、形状を一定に出来るために変形を防止するための設計が容易であり、完成した後でも取り外しや追加が容易なためである。

また、図１、図２の例で、金属ブロック１を複数のブロックに分割したのは、金属ブロック１の上下面での温度差が小さくなる結果として弓状の変形が小さくなること、すなわち、変形防止対策が比較的簡単に行えるためで、また、工事の際、人力でのブロック積みが容易になり、金属ブロック１の運搬に重機等の機械を使用しなくて済むからである。

図１及び図２では省略したが、上下面の温度差で生じる金属ブロック１の変形は、容器２内に配置した金属ブロック１の周囲に断熱材を配置することでより効果的に抑制できるようになる。金属ブロック１の周囲に断熱材を配置した場合には、同時に熱伝導率が高くなることも抑制できるようになる。

この断熱材は金属ブロック１の上部だけでなく、例えば図１、図２に示した例では、３段に積み重ねられた金属ブロック１と金属ブロック１の間に挟むことで、同様の効果を得ることも可能である。

図１及び図２では、容器２の周囲を構成材料Ｂ３で囲んだものとしているが、容器２をそのまま炉頂デッキＢの構成材料として使用することも勿論可能である。さらに、この金属ブロック１の代わりに例えば鉄鉱石等の耐火物より比重の重い粉末をそのまま埋め込むことも可能である。

また、図１の例では金属ブロック１を３段積みとしているが、それほどの荷重増加を必要としない場合、例えば１段で目的が達成出来る場合には、図３に示した例のように、容器２を使用せずに構成材料Ｂ３の上面に溝Ｂ３ａを設け、この溝３Ｂａに充填した断熱粒の様な断熱材３の中に金属ブロック１を埋め込むような手段で目的を達成することも可能である。また、図４に示したように、炉頂表面の構成材料Ｂ４の裏面側に前記と同様の溝Ｂ４ａを設け、この溝Ｂ４ａの中に断熱材３と共に金属ブロック１を埋め込むことも可能である。

本発明で、既存のキャスタブルで構成された部分に金属を埋め込む場合を想定すると、埋設する金属ブロック１の上下に位置するキャスタブルは、炉頂構成材としての割れ等の損傷を出来るだけ少なくする様に１５０ｍｍ程度の厚さを残す必要がある。

そして、その間に５０ｍｍの厚さの金属ブロック１を１０段挟む構成を想定した場合、断熱性能を既存の構成材であるキャスタブルと同等とするためには、発明者らの試算によれば断熱性能の優れた断熱材であっても３１ｍｍ程度の厚みが必要となる。すなわち、天井の厚みは合計８３１ｍｍ程度となる。

一方、図７に示した従来構造による天井の炉頂デッキＢでは、その構成材料である炉頂デッキＢの最下部の珪石煉瓦、断熱煉瓦と、最上部の断熱煉瓦の厚みを差し引いた、残りのキャスタブルで構成した厚みは、ほぼ８００〜１０００ｍｍ程度であり、炉頂デッキをこれ以上の厚さとすることは不経済である。

従って、本発明で使用する金属の比重は、金属ブロック１の埋め込み効果を出すため、すなわち、コークス炉の天井（炉頂デッキＢ）の厚みを削減するためには、前記の８３１ｍｍは金属ブロック１を適用した時のほぼ最大の厚みであるといえる。この場合において、金属ブロック１を採用した効果を上げるためには、使用する金属の比重は２．７以上が必要となる。

本発明の実施例を、図１を用いて説明する。前述のように、図１は炉頂デッキＢの構成材料Ｂ３である、例えばキャスタブルの一部分に金属ブロック１を埋め込んだ場合を示しており、この構成材料Ｂ３の厚さが１ｍ、長さが１．４ｍの直方体とした場合に、高さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍの鉄製の金属ブロック１を埋め込んだ例である。この金属ブロック１は、１個の重量が約１２ｋｇで、一人で運べる重量となっている。

この鉄製の金属ブロック１を５段×１４列×２条の合計１４０個、合計重量１６５０ｋｇ積みとし、その断熱性能を、従来の炉頂構造を示す図８の場合と同等とするため、断熱材３として厚さ３３ｍｍのセラミックファイバーを使用した場合、金属ブロック１と合わせた厚みは２８３ｍｍとなる。なお、図８中の、構成材料Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４は耐火物、粘土、断熱煉瓦等を示し、構成材料Ｂ３はキャスタブルを示す。

この金属ブロック１を構成材料Ｂ３に埋め込む場合に，炉頂デッキＢの荷重を全て構成材料Ｂ３の素材であるキャスタブルで構成した場合と同じにするためには，キャスタブルを４６５ｍｍとする必要があり、天井の合計厚さは７４８ｍｍとなる。すなわち、キャスタブルのみを使用した時の厚みの約７５％とすることが可能である。

図３、図４は、前述のように、金属ブロック１を一段とした例であり、この場合、金属ブロック１を炉団長方向、すなわち、紙面左右方向に配置したり、金属ブロック１の周囲に充填する断熱材３として断熱煉瓦の粉砕粒を使用することも可能である。

これらの方法によって既存炉における炉頂デッキの重量を増加させれば、操業変化や経年変化にて発生する膨張圧や押出力増加に対応した炉頂デッキ荷重増加対策、すなわち、炭化室壁の強度増加を、炉頂面から浅く、かつ、一部を積み替えるだけで容易に行うことができる。

図５は金属ブロック１を炉長手方向、すなわち、紙面前後方向に配置した例を示し、金属ブロック１の重量がより有効に作用するよう、炭化室壁Ｄの上部に配置した例を示している。また、図６は金属ブロック１をほぼ最大と想定される１０段積みとして、構成材料Ｂ３であるキャスタブル中に埋め込み、金属ブロック１の上部側に断熱材３を介在させた場合の例を示したものである。

図６の場合、炉頂デッキＢの最下部の構成材料Ｂ１である珪石煉瓦が３００ｍｍ、その上部の構成材料Ｂ２である断熱煉瓦が１２０ｍｍ、最上部の構成材料Ｂ４である断熱煉瓦が１２０ｍｍ、中間の構成材料Ｂ３であるキャスタブルにおける金属ブロック１の上下の厚さがそれぞれ３００ｍｍ、金属ブロック１と断熱材３で５３１ｍｍの８３１ｍｍで、天井厚さは合計１３７１ｍｍである。

この場合、図８に示した従来構成、即ち、構成材料Ｂ３であるキャスタブルが３００ｍｍ、金属ブロック１と断熱材３で５３１ｍｍの合計８３１ｍｍが全てキャスタブルの場合と比較して、下記表１のように、炉頂デッキの荷重を増加させることができる。下記表１において、重量１の欄は金属ブロックの比重が２．７の場合、重量２の欄は同じく比重が６の場合を示し、重量１の場合には１０％増加、重量２の場合は１００％の増加となる。本発明で、使用する金属の比重を２．７以上と規定したのはこのためである。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。

以上の本発明は、室炉式コークス炉の炉頂デッキ構造に限らず、厚みを増加させること無く重量を増減させるに際し、熱による影響の防止が不可欠な用途であれば、どのような用途にも適用できる。

本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂構造の第１の例を示す断面図である。 炉頂デッキの構成材料の詳細を示す図面である。 （ａ）は本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂構造の第２の例を示す断面図、（ｂ）は炉頂デッキの構成材料の詳細を示す図面である。 （ａ）は本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂構造の第３の例を示す断面図、（ｂ）は炉頂デッキの構成材料の詳細を示す図面である。 本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂構造の第４の例を示す断面図である。 本発明に係る室炉式コークス炉の炉頂構造の第５の例を示す断面図である。 コークス炉を炉団長方向から見た断面図である。 図７の炉頂デッキの拡大図である。

符号の説明

Ｂ 炉頂デッキ
Ｂ３ 構成材料
１ 金属ブロック
３ 断熱材

Claims (1)

1. コークス炉の炉頂デッキに、複数のブロックに分割された、比重が２．７以上の金属材料を、周囲に断熱材を配置して埋設状に設置したことを特徴とする室炉式コークス炉の炉頂デッキ構造。

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