特許 6623581 炉底摺動装置及びコークス炉の診断及び／又は補修装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6623581

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】炉底摺動装置及びコークス炉の診断及び／又は補修装置

(51)【国際特許分類】

   C10B 29/06 20060101AFI20191216BHJP

【ＦＩ】

   C10B29/06

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-132568(P2015-132568)

(22)【出願日】2015年7月1日

(65)【公開番号】特開2017-14394(P2017-14394A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2018年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿波 靖彦

【審査官】 齊藤 光子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１２６６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１３９１４３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｂ２９／００

Ｃ１０Ｂ３１／００−４５／００

Ｂ２３Ｑ１５／００−２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークス炉炭化室内に挿入して炭化室耐火物の診断及び／又は補修を行う装置（以下「診断補修装置」ともいう。）の炉底摺動装置であって、
炉底に接触して摺動する摺動板を有し、摺動板の反炉底側には炭化室の壁面と平行な広面を有する部分（以下「縦板」という。）を有し、診断補修装置側の摺動板を保持する部分は前記縦板広面をまたいで両側に位置する水冷脚部を形成し、水冷脚部と縦板との間は回転軸を介して回転可能に接続され、
水冷脚部の縦板をまたいだ両側の少なくとも一方には雌ねじ部を有し、雌ねじ部にねじ込まれた押さえボルトによって縦板の広面を押さえつけ、
押さえボルトの締め付けトルクを合計した総トルクを３６〜１２０Ｎｍとすることを特徴とする炉底摺動装置。

【請求項2】

摺動板の炉底と接する摺動面に硬度が８０Ｈｓ以上のライナーを配置し、診断補修装置作動時にライナーにかかる面圧を３ＭＰａ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の炉底摺動装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の炉底摺動装置を備えたことを特徴とするコークス炉の診断及び／又は補修装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コークス炉炭化室内に挿入して炭化室耐火物の診断及び／又は補修を行う装置の炉底摺動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

コークス炉炭化室の壁面は耐火物レンガでおおわれている。該壁面の耐火物に目地切れ、亀裂の発生、レンガの欠損等の損傷が生じると、発生コークス炉ガスが炭化室から燃焼室へ流入して不完全燃焼を生じたり、熱分解カーボンの炉壁への付着の増大あるいは製造したコークスの損傷部への食い込みによって押し詰まりの問題が生じる。

【0003】

炭化室壁面の耐火物の損傷を補修する種々の方法あるいは装置が提案されている。特許文献１には、室炉式コークス炉の炉内を前進後退する台車と、炭化室壁面を撮像する撮像装置、距離計、温度計等を有する観察診断装置と、壁面付着カーボンを燃焼除去するカーボン燃焼除去装置と、付着カーボン等を除去する機械ハツリ除去装置と、耐火物補修を行なう溶射装置とを有するコークス炉の診断補修装置が開示されている。さらに特許文献２には、台車前部にあって前記観察診断装置及び補修装置を空間的に移動するための駆動装置を有し、駆動装置は平行移動機構によって台車上を炭化室の前後方向に移動するコークス炉の診断補修装置が開示されている。

【0004】

炭化室内の診断補修装置における台車の長さは、観察診断装置や補修装置を炭化室の最奥まで挿入するに足りる長さを有している。

【0005】

先端の観察診断補修装置を炭化室に挿入し抽出するための移動を行うため、台車には駆動装置が配設される。駆動装置本体として電動モーターが用いられ、駆動装置本体と台車との間の伝動手段にはチェンスプロケットを採用することが多い。

【0006】

台車の長さが長く、また炭化室内に挿入される台車先端部分には診断補修装置が配置されているために重量が大きい。そのため、台車を片持ち構造で支持することは困難であり、台車先端の炭化室炉底に接する部分に摺動板を有する炉底摺動装置を設け、この摺動板が炉底に接触して摺動することによって診断補修装置を支持する。

【0007】

台車先端の診断補修装置を摺動板によって支持し、チェンスプロケットを用いて炭化室への進退を行う装置において、診断補修装置の炉内移動速度が大きな増減速を繰り返す現象が見られた。診断補修装置に配置したカメラが炉内で移動する速度が一定とならず、周期が１〜２Ｈｚ程度のぎくしゃくした速度で移動するため、良好な画像を得ることができない。これに対して特許文献３に開示した速度変動抑制装置を設けることにより、このようなぎくしゃくした動きを解消することができた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０００−２１２５６６号公報

【特許文献2】特開２００４−２７７５２７号公報

【特許文献3】特開２００４−２１３２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献３に記載の発明により、診断補修装置を進退する際の周期が１〜２Ｈｚ程度のぎくしゃくした動き（低周波速度変動）を解消することができた。一方、同じく炭化室内において診断補修装置を進退する際、１００〜１０００Ｈｚの高周波のビビリ振動が発生することがわかった。このような高周波のビビリ振動が発生すると、振動が炭化室の耐火物に伝わり、コークス炉を形成する煉瓦にずれが生じる懸念がある。また、炭化室内の診断時に撮影画像を乱れさせる原因ともなる。

【0010】

本発明は、台車先端の診断補修装置を炉底摺動装置の摺動板で支持する場合において、ビビリ振動が発生することなく、炭化室内への進退が可能となる炉底摺動装置及びコークス炉の診断及び／又は補修装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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）コークス炉炭化室内に挿入して炭化室耐火物の診断及び／又は補修を行う装置（以下「診断補修装置」ともいう。）の炉底摺動装置であって、
炉底に接触して摺動する摺動板を有し、摺動板の反炉底側には炭化室の壁面と平行な広面を有する部分（以下「縦板」という。）を有し、診断補修装置側の摺動板を保持する部分は前記縦板広面をまたいで両側に位置する水冷脚部を形成し、水冷脚部と縦板との間は回転軸を介して回転可能に接続され、
水冷脚部の縦板をまたいだ両側の少なくとも一方には雌ねじ部を有し、雌ねじ部にねじ込まれた押さえボルトによって縦板の広面を押さえつけ、
押さえボルトの締め付けトルクを合計した総トルクを３６〜１２０Ｎｍとすることを特徴とする炉底摺動装置。
（２）摺動板の炉底と接する摺動面に硬度が８０Ｈｓ以上のライナーを配置し、診断補修装置作動時にライナーにかかる面圧を３ＭＰａ以下とすることを特徴とする上記（１）に記載の炉底摺動装置。
（３）上記（１）又は（２）に記載の炉底摺動装置を備えたことを特徴とするコークス炉の診断及び／又は補修装置。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、コークス炉炭化室内に挿入して炭化室耐火物の診断補修を行う装置において、炉底摺動装置の摺動板は縦板部分を有し、診断補修装置側の水冷脚部が縦板広面をまたいで両側に位置し、水冷脚部と縦板との間は回転軸を介して回転可能に接続され、水冷脚部の縦板をまたいだ両側の少なくとも一方にねじ込まれた押さえボルトによって縦板の広面を押さえつけることにより、ビビリ振動が発生することなく、炭化室内への進退が可能となるので、煉瓦ずれの発生を防止し、診断時の撮像画像乱れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の炉底摺動装置を示す部分図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図2】本発明の炉底摺動装置を分解した部分図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図3】コークス炉の診断補修装置を炉内に挿入した状況を示す図であり、（ａ）は補修装置、（ｂ）は診断装置である。

【図4】コークス炉の診断補修装置と走行台車の位置関係を示す平面図である。

【図5】コークス炉の診断補修装置を炉内に挿入する途中段階を示す側面図であり、（ａ）は診断補修装置が炉外側にあるとき、（ｂ）は炉内側に重心が移動した時点の状況である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のコークス炉炭化室の炉底摺動装置を有する診断補修装置について図１〜図５に基づいて説明する。

【0015】

診断補修装置の台車３は、炉底摺動装置６の摺動板８によってコークス炉炉底２に接地し、炭化室１内を前進後退することができる。台車３の前進後退は、コークス炉炉外に配置された図示しない挿入駆動部によって行う。台車３の前部は炉室の最も奥まで前進することを要する一方、挿入駆動部は常に炉外に位置するため、台車３は炭化室１の長さに相当する長さを有するものとなる。

【0016】

台車３は、図３、４に示すように走行台車１４の上に設置することができる。走行台車１４はレールの上を炉団長方向３２に走行可能であり、これにより補修を実施すべき炭化室１まで移動する。診断補修装置４，５の台車３と走行台車１４との接触部については、台車に車輪を設け、走行台車にレールを設け、レール上を車輪が走行する形状とすることができる。また、図３に示すように、走行台車１４上に受けローラ２１、２２を設け、台車３が受けローラ２１、２２上に載置されて走行する形状としても良い。コークス炉の押出機側には、押出機を搭載した押出機台車が配置され、押出機台車はレールの上を走行して炉団長方向に移動する。本発明の診断補修装置を搭載した走行台車として、押出機台車とは別の走行台車を準備することもでき、この場合には押出機台車と走行台車が同一のレール上を炉団長方向に移動することとなる。あるいは、押出機台車そのものを走行台車として利用し、押出機台車の上に押出機とともに診断補修装置を搭載することとしても良い。

【0017】

台車３の炉内先端部には、診断装置４や補修装置５が搭載される。台車先端部と観察診断装置、補修装置を着脱可能とすれば、観察診断時には観察診断装置を搭載し、補修時には補修装置を搭載することができる。図４に示す例では、診断装置４と補修装置５が別々の台車に搭載されている。

【0018】

台車先端の炭化室炉底に接する部分に摺動板８を有する炉底摺動装置６を設け、この摺動板８が炉底２に接触して摺動するによって診断補修装置を支持する。摺動板８は、図１、２に示すように、摺動面を広面とする敷板１９を有するとともに、摺動板８の反炉底側には炭化室の壁面と平行な広面を有する部分（縦板１８）を有する。敷板１９と縦板１８は一体に構成され、全体として摺動板８となる。炉底摺動装置６のうち、診断補修装置側の摺動板を保持する部分は縦板１８広面をまたいで両側に位置する水冷脚部７を形成し、水冷脚部７と縦板１８との間は回転軸１１を介して回転可能に接続される。水冷脚部７は、冷却水が流通するジャケット構造の水路１７を有し、炭化室内においても水冷脚部の温度を低い温度に保持することができる。

【0019】

摺動板８が接する炉底煉瓦は、摺動板８からの面圧を受ける。炉底煉瓦の破損を防止するためには、摺動板８からの面圧が少ないほど好ましい。そのため、摺動板の敷板１９については、炉幅方向３２にも極力広い幅を有するとともに、炉長方向３１についても所定の長さを有することにより、炉底に接触する敷板１９の面積を広く取り、面圧の低減を図っている。摺動板８が炉長方向３１に所定の長さを有していることから、水冷脚部７についても、炉長方向３１の長さを摺動板長さ以下の範囲で所定の長さとすることができる。そして、摺動板８の縦板１８にまたがるように構成された水冷脚部７は、水冷脚部７の炉長方向長さの範囲で、縦板１８の広面に両側から対面することとなる。以下、水冷脚部７と縦板１８とが対面する部分（図２のドットハッチング部分）を「対面部３３」と呼ぶ。摺動板８が回転するための回転軸１１も、対面部３３に設けられる。

【0020】

本発明は、縦板１８をまたいだ水冷脚部７の両側の対面部３３のうち、少なくとも一方には雌ねじ部１３を有する（図２参照）。雌ねじ部１３は、炉長方向に複数設けると好ましい。また、回転軸１１をはさんで炉長方向３１の両側に設けると良い。雌ねじ部１３には押さえボルト１２をねじ込む。縦板１８の両側から押さえボルト１２をねじ込んだ場合、縦板１８の広面に接触させた上で、さらに所定のトルクとなるまで押さえボルト１２をねじ込み、ねじ込まれた押さえボルト１２によって縦板１８の広面を両側から押さえつける。水冷脚部７の縦板１８をまたいだ両側の対面部のうち、一方のみに押さえボルト１２を設けた場合、対面部３３のうちの他の面には、一方の面から押さえボルト１２で縦板１８が押されたときに縦板１８を受けるための支えが設けられていればよい。

【0021】

図１、２に示すように、水冷脚部７に炉幅方向片側に６本、反対側に６本の押さえボルト１２を設けた例について検討する。炉長方向３１では回転軸１１の両側にそれぞれ３本ずつ配置している。押さえボルト１２としてねじピッチｐ＝３ｍｍ、効率η＝０．４のものを用いた。水冷脚部７の剛性を配慮して、剛性の範囲内で押さえボルト１２のねじ込みトルクを順次増大させ、炭化室内において診断補修装置４，５を進退する際の１００〜１０００Ｈｚのビビリ振動発生有無を確認した。すると、ねじ込みトルクが一定の値以上となると、診断補修装置４，５を進退させてもビビリ振動が発生しなくなることがわかった。ビビリ振動を抑えることのできるねじ込みトルクは、押さえボルト１２、１本あたりで３〜１０Ｎｍの範囲内であった。押さえボルトは両側合計で１２本なので、ビビリ振動を抑えることのできる総トルクは３６〜１２０Ｎｍとなる。なお、水冷脚部７の縦板１８をまたいだ両側の対面部３３のうち、一方の面のみに押さえボルト１２を設け、他の面には押さえボルト１２に対応する位置に縦板１８を受けるための支えを設けている場合には、押さえボルト１２を設けた側の総トルクが１８〜６０Ｎｍであれば、同じ効果を発揮することができる。

【0022】

今、縦板１８の両側に合計でＮ個の押さえボルト１２を設けた場合を考える。ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の押さえボルト１２をトルクＭ_iでねじ込んだときの、押さえボルト１２が縦板１８を押しつける軸力Ｑ_iは、一般に
Ｑ_i＝２πηＭ_i／ｐ
と表される。ｐはねじピッチ、ηは効率である。

【0023】

また、回転軸１１からｉ番目の押さえボルト１２までの距離をｒ_iとおくと、摺動板８を回転軸１１まわりに回転しようとしたときに抵抗として働くトルクＴ_iは、
Ｔ_i＝ｒ_i×μＱ_i
となるので、Ｎ本の押さえボルト１２全体では、
Ｔ＝Σ_i=1^N（ｒ_i×μＱ_i）＝（２πημ／ｐ）Σ_i=1^N（ｒ_i×Ｍ_i）
となる。即ち、押さえボルトをねじ込むトルクＭを大きくするほど、摺動板８を回転軸１１まわりに回転するときの抵抗として働くトルクＴが大きくなる。

【0024】

上記実施結果についてみると、炉幅方向片側あたり６本の押さえボルト１２のねじピッチｐ＝３ｍｍ（０．００３ｍ）、効率η＝０．４のものを用いており、回転軸１１から押さえボルト１２までの距離は、６本のうち２本は０．２４５ｍ、２本は０．３２５ｍ、２本は０．４０５ｍであり、押さえボルト本数は片側あたり６本なので両側でＮ＝１２である。摩擦係数μ＝０．４として、１本あたりのねじ込みトルクをＭ＝３Ｎｍとすると、Ｔ＝４．９ＫＮｍと計算できる。

【0025】

ビビリ振動の源となる力（回転力）は、摺動板８にかかる荷重Ｗが大きいほど、また摺動板８の大きさが大きいほど大きくなると推定される。摺動板８の大きさを摺動板８の炉長方向長さをＬとしてＬ／２で代表させる。上記実施結果では、Ｗ＝６２．７ＫＮ、Ｌ＝０．９２ｍであり、Ｗ（Ｎ）×（Ｌ（ｍ）／２）＝２８．８ＫＮｍとなる。上記計算したＴ（Ｎｍ）との対比を行うと、Ｔ／（Ｗ×Ｌ）が０．０９以上であれば、ビビリ振動の発生を防止できることがわかった。なお、水冷脚部７の縦板１８をまたいだ両側の対面部３３のうち、一方の面のみに押さえボルト１２を設け、他の面には押さえボルト１２に対応する位置に縦板１８を受けるための支えを設けている場合には、押さえボルト１２を設けた側で合計したＴを用い、Ｔ／（Ｗ×Ｌ）が０．１８以上であれば、ビビリ振動の発生を防止できる。

【0026】

本発明では、押さえボルト１２によって摺動板８の縦板１８の両側から縦板に軸力を負荷することにより、発明の目的を達している。押さえボルト１２からの軸力は、雌ねじ部１３を有する水冷脚部７の剛性により保持されている。水冷脚部７は縦板１８をまたぐ形状を有しており、水冷構造であるため、高温の炭化室炉内でも低温状態を保持することができ、押さえボルト１２で押さえるために必要な剛性を十分に確保することができる。また、熱による水冷脚部７の変形もないので、押さえボルト１２は常時一定の軸力で縦板１８に押しつけることが可能である。水冷脚部７に冷却水を循環する水路は、診断装置４や補修装置５の装置本体に供給する冷却水水路とつながっており、常時冷却水が供給されている。また、回転軸１１は、ブッシュを介して水冷脚部７に接触しているので熱伸縮はなく、ブッシュの劣化も見られない。

【0027】

押さえボルト１２による押しつけ力を一定に保持するため、押さえボルト１２を所定のトルクでねじ込んだ後、ロックナット２０によって押さえボルト１２の回転を防止するようにすると好ましい（図１、２参照）。

【0028】

台車３を下方から支持しつつ炉長方向への台車の進退をスムーズにするため、炭化室の窯口近くの炉外に受けローラ２１が配置されることがある。受けローラ２１は走行台車１４上に設置し、台車３の下部が受けローラ２１に接し、台車３を炉長方向３１へ進退させるときは受けローラ２１の上を台車３が移動し、受けローラ２１が回転する。台車３が炉外側にあって台車３と診断補修装置４，５の全体の重心が受けローラより炉外側に存するときは、図５（ａ）に示すように、台車は受けローラ２１と反炉側の別の受けローラ２２に支持され、摺動板８の摺動面は炉底位置よりも高い位置にある。台車３を炉内側に移動して進入させるとき、台車３と診断補修装置４，５の全体の重心が受けローラ２１よりも炉内側に移動すると、図５（ｂ）に示すように診断補修装置４，５の部分が下降し、摺動板８が炉底２に接触して摺動板８によって診断補修装置４，５が支持される。このとき、台車３と診断補修装置４，５は炉内側先端が下がった傾斜を持つので、摺動板８が炉底２に接触するに際しては、摺動板８の全体が炉底２に接触するために、水冷脚部７と接続された回転軸１１まわりに摺動板８が回転する必要がある。このとき、押さえボルト１２による押しつけ力が強すぎると摺動板８が回転軸１１まわりに回転することが阻害されるので好ましくない。本発明においては、摺動板８を回転軸１１まわりに回転するときの抵抗として働くトルクＴが過大であると、摺動板８の回転を阻害することになる。従って、押さえボルト１２の締め付けトルクとしては、ビビリ振動の発生を防止する最低トルクを下限とし、摺動板８が炉底２に平行になるように回転することのできる最大トルクを上限とし、この範囲内の締め付けトルクとする。

【0029】

上記実施した例では、装置が炭化室１内に前進して台車３と診断補修装置４，５の重心が受けローラ２１よりも炭化室１側に移動し、摺動板８が炉底に設置する際に摺動板８にかかる荷重は、診断装置４の場合で６〜７トン重（５８．８〜６８．６ＫＮ）、補修装置５の場合で８〜９トン重（７８．４〜８８．２ＫＮ）であり、摺動板８の長さが０．９２ｍであるから、摺動板８の一方の端部のみが炉底に接地したときに摺動板８の回転軸１１回りのモーメントは２６．５ＫＮｍとなる。摺動板８が回転して炉底２に平行になり得るためには、押さえボルトによって摺動板８の回転を抑止するトルクＴがこのモーメント以下である必要がある。上記実施した例では、Ｔ＝４．９ＫＮｍであるから、摺動板８の回転を抑止することなく、摺動板８の全体が炉底２に設置することができる。

【0030】

摺動板８は、炉底２と接する面にライナー９を設けると良い。さらに、ライナー９として硬度が８０Ｈｓ以上の材質を用いるとともに、診断補修装置４，５の作動時にライナー９にかかる面圧を３ＭＰａ以下とすることにより、さらに良好な結果を得ることができる。ライナー材質としてＳＵＳ３０４を用いた場合、硬度は３０Ｈｓであり、押さえボルト１２を用いることによってビビリ振動を低減することができたが、完全な解消には至らなかった。それに対して、ライナー材質として硬度が９０Ｈｓである高クロム鋳鉄を採用したところ、押さえボルト１２との併用により、ビビリ振動を完全に解消することができた。ライナー９にかかる面圧を低減するためには、ライナー９の炉長方向長さと炉幅方向の幅を確保すればよい。上記実施結果では、面圧は０．２〜０．３ＭＰａであった。

【0031】

上記本発明の炉底摺動装置を備えたコークス炉の診断装置、補修装置、診断補修装置については、炭化室１内で炉長方向に進退するに際してもビビリ振動が発生しないか発生してもわずかであるため、コークス炉を形成する煉瓦にずれが生じる懸念が解消し、さらに炭化室１内の診断時に撮影画像を乱れさせることもなくなった。

【符号の説明】

【0032】

１ 炭化室
２ 炉底
３ 台車
４ 診断装置
５ 補修装置
６ 炉底摺動装置
７ 水冷脚部
８ 摺動板
９ ライナー
１１ 回転軸
１２ 押えボルト
１３ 雌ねじ部
１４ 走行台車
１７ 水路
１８ 縦板
１９ 敷板
２０ ロックナット
２１ 受けローラ
２２ 受けローラ
３１ 炉長方向
３２ 炉団長方向（炉幅方向）
３３ 対面部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】