特許 7437047 コークス炉炉蓋

(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】

(24)【登録日】2024-02-14

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】コークス炉炉蓋

(51)【国際特許分類】

   C10B 25/16 20060101AFI20240215BHJP

【ＦＩ】

C10B25/16

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021149763

(22)【出願日】2021-09-14

(65)【公開番号】P2023042461

(43)【公開日】2023-03-27

【審査請求日】2022-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】521406167

【氏名又は名称】瓜生 博一

(74)【代理人】

【識別番号】110003122

【氏名又は名称】弁理士法人タナベ・パートナーズ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瓜生 博一

【審査官】岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２５８６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５８６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０５３９５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００４－１０７４４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｂ ２５／１６

Ｃ１０Ｂ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークス炉の炭化室の開口部に取付けられるコークス炉炉蓋であって、
炉蓋本体に取付けられるシールプレートと、
前記シールプレートの外周部に取付けられ、前記コークス炉の炉枠を押圧可能なナイフエッジと、
前記シールプレートの前記炭化室側の面において前記ナイフエッジよりも内側の周上に取付けられ、前記炭化室から前記ナイフエッジの周辺への石炭の流入を防止するための流入防止板と、
を有し、
前記流入防止板は、前記炉枠との間に所定の隙間を設けた状態で、前記シールプレートにおいて前記ナイフエッジよりも内側の周上全体のうち、前記炭化室の上方空間に面する位置を除いた位置に取付けられることを特徴とするコークス炉炉蓋。

【請求項2】

前記流入防止板には、更に、前記炭化室内で発生してガス道に導かれたガスが通過可能なサイズのスリット部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炉蓋。

【請求項3】

前記流入防止板は、前記炉枠の内縁近傍に向かって取付けられることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炉蓋。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コークス炉において炭化室の開口部に設置されるコークス炉炉蓋に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、コークス炉において、炭化室の窯口（以下、「開口部」ともいう。）にはコークス炉炉蓋（以下、単に「炉蓋」ともいう。）が設置されている（例えば、特許文献１参照）。この炉蓋が炭化室を外気から遮断し、炭化室への外気の流入を防ぐとともに、炭化室内で石炭乾留時に発生する硫黄・コールタール・ピッチ等を含む石炭由来のガスが外部に流出するのを防いでいる。

【0003】

図９は、従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構の一例を示す断面図である。

【0004】

図９に示す炉蓋１００は、シールプレート１１０、ナイフエッジ１２０、耐火物１３０等を備え、炭化室３００の開口部３００Ａに設置される。なお、ここでの開口部３００Ａは、炭化室３００内で製造されるコークスの押出側又は排出側の開口部である。

【0005】

シールプレート１１０は、開口部３００Ａを外気から遮断し密閉するためのダイヤフラムである。ナイフエッジ１２０は、シールプレート１１０の外周部に溶接固定され、その刃先が炉枠４００に押付けられてシールプレート１１０による密閉を確実にするためのものである。耐火物１３０は、炭化室３００において石炭乾留時に炉蓋１００の前面（図９では、下方の面）を高熱から断熱保護する耐熱煉瓦である。

【0006】

図９に示すように、耐火物１３０と開口部３００Ａとの間のガス道Ｒには、最低限の隙間Ｃが設けられている。これは、炉蓋１００の装脱時に炉蓋１００が上下方向に傾いた場合、左右方向に位置ずれした場合又は炉蓋１００や炉枠４００が湾曲した場合であっても、炉蓋１００の装脱を確実に行うためである。この隙間Ｃは例えば約２０～３０ｍｍ程度である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】特開２００４－１０７４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、従前このようなコークス炉で使用される石炭は外国から輸入される高品質なものが多かったが、最近では希少化、コスト高等により低品質なものへの見直し・検討が進められている。また、低品質な石炭から高品質なコークスを製造するために、石炭調湿・予熱乾燥・特殊添加剤配合等の特殊技術が採用されるようになってきている。例えば従来の石炭の水分含有率は７～１４％程度であったが、最近では０～４％程度に調湿されている。

【0009】

これにより、石炭の流動性が向上するようになったが、一方で、炭化室３００の内部で発生するガスの圧力が２０００ｍｍａｑ前後に上昇、すなわち従前のガス圧力（４００～６００ｍｍａｑ）よりも大幅に増圧し、各種の問題が発生するようになった。

【0010】

図１０は、従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構におけるガス道の閉塞状況を示す断面図である。図１１は、従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構において炉枠とナイフエッジ間に発生する隙間を示す図である。図１１では、図１０の矢印Ｌの方向から炉蓋１００を見た図を示している。

【0011】

なお、以下の説明においては、図９と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

【0012】

図１０に示すように、ガス道Ｒを通って炉蓋１００側に流出した石炭やコールタールの流動体Ｆがシールプレート１１０とナイフエッジ１２０の周辺に燃結固着し、さらにナイフエッジ１２０の押付圧により流動体Ｆの圧密も増大し、ガス道Ｒ１を閉塞している。これにより、ガスの逃げ道がなくなり、炭化室３００内の圧力上昇が顕著になる。また、炭化室３００内の圧力上昇や炉内の熱の影響により、図１０の第一領域１１０ａに示すように、シールプレート１１０の変形（弾性変形を経て塑性変形）が発生し、更に、第一領域１１０ａや、シールプレート１１０とナイフエッジ１２０の溶接接合面である第二領域１１０ｂにクラックが発生する危険性が生じてしまう。

【0013】

また、ナイフエッジ１２０が炉枠４００を押圧する部分にまで石炭固化物が生成され、ナイフエッジ１２０が炉枠４００を十分に押圧できなくなる。その結果、図１１に示すように、ナイフエッジ１２０と炉枠４００との間に隙間Ｃ１が発生する。

【0014】

そうすると、この隙間Ｃ１からガス漏れが発生してしまい、環境面での問題になっていた。一方で、隙間Ｃ１から炭化室３００内に空気が流入することにもなり、炭化室３００内の石炭が空気に触れて酸化劣化したり、化学反応で品質が低下したりする問題があった。また、空気の流入は炭化室３００における炉壁損傷の原因にもなっていた。

【0015】

これらの問題に対し、炉蓋１００を取外す度にガス道を自動クリーナーによって除去したり、炉蓋１００を取外したオフライン状態で人手により除去作業を行ったりする方法がある。しかしながら、石炭が高温固化しているため完全除去は難しく、長い除去時間を要するため、生産性の低下、労働作業面での問題が生じていた。

【0016】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、炭化室からナイフエッジ周辺への石炭の流入及びナイフエッジ周辺における石炭の燃結固着を防止するとともに、ガス道を確保可能なコークス炉炉蓋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】

【0017】

上記の目的を達成するために、本発明に係るコークス炉炉蓋は、コークス炉の炭化室の開口部に取付けられるコークス炉炉蓋であって、炉蓋本体に取付けられるシールプレートと、前記シールプレートの外周部に取付けられ、前記コークス炉の炉枠を押圧可能なナイフエッジと、前記シールプレートの前記炭化室側の面において前記ナイフエッジよりも内側の周上に取付けられ、前記炭化室から前記ナイフエッジの周辺への石炭の流入を防止するための流入防止板と、を有し、前記流入防止板は、前記炉枠との間に所定の隙間を設けた状態で、前記シールプレートにおいて前記ナイフエッジよりも内側の周上全体のうち、前記炭化室の上方空間に面する位置を除いた位置に取付けられることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、簡易な構成により、炭化室からナイフエッジ周辺への石炭の流入及びナイフエッジ周辺における石炭の燃結固着を防止するとともに、ガス道を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係るコークス炉炉蓋の構成例を示す断面図である。

【図2】本実施形態に係るコークス炉炉蓋を側面から見た図である。

【図3】図２の断面ＳＳを正面から見た図である。

【図4】本実施形態に係る流入防止板の第１具体例を示す断面図である。

【図5】本実施形態に係る流入防止板の第１具体例の変形例を示す断面図である。

【図6】本実施形態に係る流入防止板の第２具体例を示す断面図である。

【図7】本実施形態に係る流入防止板の第２具体例の変形例を示す断面図である。

【図8】本実施形態に係る流入防止板の第３具体例を示す断面図である。

【図9】従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構の一例を示す断面図である。

【図10】従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構におけるガス道の閉塞状況を示す断面図である。

【図11】従来のコークス炉炉蓋のガスシール機構において炉枠とナイフエッジ間に発生する隙間を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について説明する。

【0021】

図１は、本実施形態に係るコークス炉炉蓋の構成例を示す断面図である。図２は、本実施形態に係るコークス炉炉蓋を側面から見た図である。図３は、図２の断面ＳＳを正面から見た図である。

【0022】

図１に示すように、本実施形態に係る炉蓋１は、炉蓋本体１１、耐火物１２、シールプレート１３、スライドプレート１４、ナイフエッジ１５、冷却空間１６、圧接ロッド１７、調整ネジ１８、皿バネ１９、炉蓋閂２０、流入防止板２１等を有し、炭化室３０の開口部３０Ａに設置される。なお、ここでの開口部３０Ａは、炭化室３０内で製造されたコークスを押出側又は排出側の開口部分である。

【0023】

炉蓋１は、炭化室３０の開口部３０Ａに取付けられる装脱式の蓋である。この炉蓋１は炭化室３０を外気から遮断し、炭化室３０内で発生した石炭由来のガスが外部に流出しないように密閉する。この炉蓋１は、炭化室３０からコークスを取り出す際に脱着される。

【0024】

炉蓋本体１１は、炉蓋１の本体部分であり、スライドプレート１４を介して耐火物１２やシールプレート１３等が取付けられる鋳鉄製の剛性体フレームである。

【0025】

耐火物１２は、炉蓋本体１１に取付けられる耐熱煉瓦であり、炉蓋本体１１を石炭乾留時の高熱から断熱保護する。併せて、炭化室３０の内部温度を保持し、石炭乾留に要する熱量の低減に寄与する。

【0026】

シールプレート１３は、スライドプレート１４を介して炉蓋本体１１に取付けられるダイヤフラムである。このシールプレート１３と後述するナイフエッジ１５とにより、炭化室３０の開口部３０Ａは密閉される。このシールプレート１３は柔軟に湾曲する部材、例えばＳＵＳで形成される。これにより、炉枠４０に曲りや前後方向の変位が生じた場合であっても、ナイフエッジ１５が炉枠４０に密着するよう圧接ロッド１７でナイフエッジ１５を追従させ、炭化室３０の密閉性を確保することができる。なお、図１に示すシールプレート１３は段差なしのフラットタイプであるが、このタイプに限定されるものではない。段差ありのプレスタイプであっても良い。

【0027】

ナイフエッジ１５は、シールプレート１３の外周部に溶接固定され、圧接ロッド１７を介して炉蓋本体１１に取付けられる。このナイフエッジ１５の刃先は炉枠４０を押圧可能であり、刃先が炉枠４０に押付けられることによって、シールプレート１３による炭化室３０の密閉を確実なものにする。また、ナイフエッジ１５は炉枠４０に付着した異物をその刃先で切断する。このナイフエッジ１５は、高張力鋼板（ハイテン鋼）、ＳＵＳ、ジュコール鋼等で形成され、剛性が要求される。

【0028】

冷却空間１６は、シールプレート１３の裏面と炉蓋本体１１との間に設けられた空気冷却スペースである。この冷却空間１６が設けられることによって、炭化室３０の内部熱によって生じる炉蓋本体１１の熱変形を防止することができる。

【0029】

圧接ロッド１７は、ナイフエッジ１５の圧接力を調整するためのネジである。調整ネジ１８は、炉蓋本体１１と耐火物１２、シールプレート１３及びスライドプレート１４との位置を調整するためのネジである。皿ばね１９は、炭化室３０内の石炭からの押圧（図中、Ｗ）、石炭のガス圧（図中、Ｐ）、ナイフエッジ１５の押圧の反作用の力（図中、ｆ）を足し合わせた力と釣り合う力（図中、Ｆ）を、炉蓋本体１１から炭化室３０側に付与する。

【0030】

炉蓋閂２０は、炉側に設けられた専用のブラケット２０Ａに係合し、炉蓋１を炭化室３０側に押付け支持するための固定バーである。

【0031】

流入防止板２１は、シールプレート１３の炭化室３０側の面においてナイフエッジ１５よりも内側（炉枠４０の内縁近傍）の周上に、溶接・ネジ・リベット等によって固定設置される。この流入防止板２１が取付けられることによって、炭化室３０からナイフエッジ１５の周辺への石炭の流入及びナイフエッジ１５周辺における石炭の燃結固着を防止することができる。

【0032】

また流入防止板２１は、炉枠４０との間に所定の微小な隙間を設けた状態で取付けられる（図４等参照）。この隙間を介して、石炭由来のガスのみが炭化室３０からナイフエッジ１５側に透過可能である。すなわち、炭化室３０内で発生してガス道Ｒに導かれたガスを、ナイフエッジ１５と流入防止板２１とで囲まれたガス道Ｒ１に導くことができる。

【0033】

更に流入防止板２１は、図２及び図３の点線で示すように、具体的にはナイフエッジ１５よりも内側の周上全体のうちの炭化室３０の上方空間３１に面する位置３１Ａを除いた位置において取付けられている。すなわち、鉛直方向上部を開放した態様で部分的に取付けられている。そのため、ガス道Ｒ１に導かれたガスは炉蓋１の上方、すなわち図３の矢印方向に導かれ、その後炭化室３０の上方空間３１に誘引される。炭化室３０の上方空間３１に誘引されたガスは、上方空間３１に設けられた上昇管３２を通り、吸引、集積されて、化成工場で処理後、化成品や熱源等として活用される。これにより、コークス炉外部へのガス漏れを防止することができる。

【0034】

炉枠４０は、炭化室３０側に形成される金型であって、ナイフエッジ１５が押付けられることで炉蓋１とのシール部分を構成する。

【0035】

以上に示す構成により、本実施形態に係る炉蓋１では、流入防止板２１が、炭化室３０からナイフエッジ１５への石炭の流入を防止するとともに、炉枠４０との間の微小な隙間を介して石炭由来のガスのみを透過させる。このような簡易な構成により、ナイフエッジ１５周辺への石炭の流入及びナイフエッジ１５周辺における石炭の燃結固着を防止するとともに、ナイフエッジ１５と流入防止板２１との間のガス道Ｒ１を確実に確保することができる。これに伴い、流入防止板２１はシールプレート１３の熱変形を防止することができ、ナイフエッジ１５からのガス漏れ（図１１参照）も防止することができる。更に、流入防止板２１は補強材としても好適である。

【0036】

［流入防止板の第１具体例］
図４は、本実施形態に係る流入防止板の第１具体例を示す断面図である。図４では、図１の領域Ａを拡大して示している。

【0037】

図４に示す流入防止板２１は、薄い板厚のＳＵＳ板等を略Ｔ字状に折曲して重ね合わせたものを、溶接・ネジ・リベット等によりシールプレート１３に固定したものである。略Ｔ字状に折曲して重ね合わせることによって、薄い板厚の流入防止板２１の強度を向上させるとともに、炭化室３０の内部熱による流入防止板２１の熱変形を防ぐことができる。

【0038】

また流入防止板２１は、シールプレート１３から炉枠４０の内縁近傍４０ａの位置に向かって取付けられている。これは、ガス道Ｒ１を可能な限り広く確保できる位置で炭化室３０からナイフエッジ１５への石炭の流入を防止するためである。

【0039】

また、流入防止板２１のシールプレート１３下面からの突き出し量（図中の流入防止板２１の縦長）は、ナイフエッジ１５のシールプレート１３下面からの突き出し量よりも短く構成されている。すなわち、流入防止板２１と炉枠４０との間には微小の隙間が設けられている。この隙間は、石炭の粒度に応じて設定され、石炭が流入できず且つ石炭由来のガスのみが透過可能な程度の隙間であり、例えば下限値を１ｍｍ程度とし、２ｍｍ前後であることが好ましい。但し、隙間の幅はこれら具体的数値に限定されるものではない。また流入防止板２１は、耐熱性に優れ、石炭やタールの付着しにくい材料や熱膨張率が小さい材料、例えばＳＵＳ等のシールプレート１３と同じ材質であることが好ましい。流入防止板２１とシールプレート１３とを同じ材質にすることによって、熱膨張率の違いによる両者間の歪み等の発生を防止することができる。

【0040】

図５は、本実施形態に係る流入防止板の第１具体例の変形例を示す断面図である。

【0041】

図５では、図４に示す段差なしのフラットタイプのシールプレート１３の代わりに、段差ありのプレスタイプのシールプレート１３ａを設けた場合を示している。このようにシールプレート１３、１３ａの形態は各種態様をとることができる。なお、シールプレート以外の各構成要素の構成及び作用は前述と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0042】

［流入防止板の第２具体例］
図６は、本実施形態に係る流入防止板の第２具体例を示す断面図である。図６では、図１の領域Ａを拡大して示している。

【0043】

図６に示す流入防止板２１ａは、第１具体例に係る流入防止板２１と異なり、薄い板厚のＳＵＳ板等を略Ｔ字状且つ下方が略円状の態様で折曲して重ね合わせたものを、溶接・ネジ・リベット等によりシールプレート１３に固定したものである。また流入防止板２１ａは、シールプレート１３から炉枠４０の内縁近傍４０ａのやや内側の位置に向かって取付けられている。

【0044】

このように流入防止板２１ａの形状や取付位置は、前述の第１具体例に示す形状や取付位置に限定されるものではなく、例えば第２具体例に示す形状や取付位置であっても良い。また、ナイフエッジ１５周辺への石炭の流入及びナイフエッジ１５周辺における石炭の燃結固着を防止するとともに、ナイフエッジ１５と流入防止板２１ａとの間のガス道Ｒ１を確実に確保するという効果を奏する上では、その他の形状、取付位置並びに板厚であっても良い。例えば、図４や図６に示すように薄板を折曲して重ね合わせることなく、一枚の厚板、すなわち流入防止板２１、２１ａよりも厚い板厚でＬ字状等の形状の流入防止板を設けても良い。同様に、流入防止板２１、２１ａの材質についてもＳＵＳに限定されるものではない。

【0045】

図７は、本実施形態に係る流入防止板の第２具体例の変形例を示す断面図である。

【0046】

図７では、図６に示す段差なしのフラットタイプのシールプレート１３の代わりに、段差ありのプレスタイプのシールプレート１３ａを設けた場合を示している。すなわち、前述の第１具体例の変形例と同様に、シールプレート１３、１３ａの形態は各種態様をとることができる。

【0047】

［流入防止板の第３具体例］
図８は、本実施形態に係る流入防止板の第３具体例を示す断面図である。図８では、図１の領域Ａを拡大して示している。

【0048】

図８では、前述の図５や図７に示す変形例と同様に、段差ありのプレスタイプのシールプレート１３ｂが設けられている。但し、このシールプレート１３ｂは、図５や図７に示す変形例と異なり、段差部分１３ｃが炉枠４０の内縁近傍４０ａに位置するよう設置される。

【0049】

また図８に示す流入防止板２１ｂは、前述の流入防止板２１、２１ａと異なり、３．０～４．０ｍｍ程度の板厚の一枚の厚板により構成されるＳＵＳ板等を溶接等により段差部分１３ｃの側壁に固定したものである。この流入防止板２１ｂの炉枠４０側にはスリット部２１ｃが形成されていることが好ましい。このスリット部２１ｃは、炭化室３０内で発生してガス道Ｒに導かれたガスを、ナイフエッジ１５と流入防止板２１とで囲まれたガス道Ｒ１に導き、併せて炉枠４０との追従性向上を図るためのものである。なお、前述の流入防止板２１（図４参照）等と同様に、流入防止板２１ｂと炉枠４０との間には微小の隙間が設けられている。この隙間は、石炭の粒度に応じて設定され、石炭が流入できず且つ石炭由来のガスのみが透過可能な程度の隙間であり、例えば下限値を１ｍｍ程度とし、２ｍｍ前後であることが好ましい。但し、隙間の幅はこれら具体的数値に限定されるものではない。

【0050】

このような第３具体例に係る流入防止板２１ｂによれば、ナイフエッジ１５周辺への石炭の流入及びナイフエッジ１５周辺における石炭の燃結固着を防止するとともに、ナイフエッジ１５と流入防止板２１ｂとの間のガス道Ｒ１をできるだけ広くすることができ且つ確実に確保するという効果を奏する。また、流入防止板２１ｂはシールプレート１３の熱変形を防止することができ、ナイフエッジ１５からのガス漏れ（図１１参照）も防止することができる。更に、流入防止板２１ｂは補強材としても好適である。なお、前述と同様に、流入防止板２１ｂの材質はＳＵＳに限定されるものではない。

【0051】

以上説明してきたように、本実施形態に係る炉蓋１によれば、簡易な構成により、ナイフエッジ１５周辺への石炭の流入及びナイフエッジ１５周辺における石炭の燃結固着を防止することができる。また、ナイフエッジ１５と流入防止板２１、２１ａ、２１ｂとの間のガス道Ｒ１を確実に確保し、炭化室３０内で発生するガスを炉蓋１の上方に上昇させ炭化室３０の上部空間３１に誘引し、炉蓋１から外部へのガス漏れを防止することができる。すなわち、従来よりもガスシール性の向上に優れたシール機構を実現することができる。

【0052】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0053】

例えば、上記実施形態においては、流入防止板２１が炉枠４０との間に隙間を設けた状態で取付けられる形態について説明を行ったがこの場合には限らない。例えば、流入防止板２１と炉枠４０との間の隙間を押圧等により設けることなく、流入防止板２１にガスのみが通過可能なサイズのスリットを設ける構造としてもよい。

【0054】

また例えば、図８に示す例では、段差ありのシールプレート１３ｂの段差部分１３ｃの側壁に流入防止板２１ｂを取り付ける形態について説明を行ったが、この場合には限らない。例えば、シールプレート１３ｂのうち段差部分１３ｃより内側の部分を段差なし（又は段差あり）のシールプレートに置き換えるとともに、シールプレート１３ｂのうち段差部分１３ｃより外側の部分と流入防止板２１ｂとナイフエッジ１５とを一体化させた枠体として構成してもよい。この場合、置き換えられたシールプレートと枠体とは溶接等により固定されることとなる。

【0055】

この場合、シールプレート製作時の特殊加工・溶接等の加工負担や加工に係るコストを少なくし、シールプレートの剛性を下げつつ炉枠４０への追従性を向上させることが可能となる。

【符号の説明】

【0056】

１ 炉蓋
１１ 炉蓋本体
１３ シールプレート
１５ ナイフエッジ
２１、２１ａ 流入防止板
３０ 炭化室
４０ 炉枠

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】