JP2008116219A - 室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】室式コークス炉を用いたコークス操業を通して、炉頂部の装入車の移動を妨げることなく、炭化室の炉壁変位量を連続的に、且つ精度良く測定するための炭化室の炉壁変位量の測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】炭化室１ａ，１ｂの炉頂部に石炭装入口７を覆うように配置される支持フランジ１９と、該支持フランジの開口部２８から炉内に挿入され、炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有する金属製プローブ１０と、該プローブ下端部先端が炉壁３表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように該プローブ上端部を懸垂支持し、かつ前記支持フランジ上に固定するためのプローブ支持部と、前記プローブの傾動量を測定するためのプローブ傾動量検出器とからなる室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置およびこれを用いた測定方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉操業時に炭化室を構成する炉壁に力が作用した際の炉壁変位量を連続的、且つ、高精度に測定するための装置および方法に関するものである。

現状、ほとんどのコークス炉が数十年という長期間に渡って稼働しているのが実態である。炭化室の耐火物煉瓦からなる炉壁が摩耗、亀裂などの損傷や経年劣化すると、コークスの押し出し時の炭化室の炉壁の表面抵抗が大きくなる結果、当該炭化室の炉壁への付加が高まるだけでなく、コークス炉体への負荷も高くなり、コークス炉寿命を短縮化させる原因となる。

したがって、コークス炉寿命を延長するために、炭化室における石炭乾留時の膨張圧を低減したり、特に炉壁煉瓦や炉体への応力が高くなるコークス押し出し時の応力負荷を低減することにより、炭化室の炉壁煉瓦の損傷を防止するとともに、炉体への負荷を低減することが必要となる。

石炭を乾留して得られたコークスを炭化室から排出する（押し出す）際の炉壁にかかる負荷を低減するためには、当該炭化室の炉壁とコークス間の隙間量をできるだけ大きく維持したコークス操業を行うことが好ましい。コークス押し出し時の炭化室炉壁とコークスとの隙間は、当該炭化室に装入する石炭の配合条件などを調整し、石炭のコークス化後の収縮量を制御することによりある程度大きく維持することは可能である。

しかし、この隙間は、当該炭化室と燃焼室を介して隣接する炭化室における石炭乾留時の膨張圧によって当該炭化室の炉壁は迫り出され、減少する。このため、コークス押し出し時にコークスと炉壁に所定隙間を維持し、炉壁に対する圧力負荷を低減するには、炉幅方向のコークス収縮量だけでなく、燃焼室を介して隣接する炭化室の膨張圧による変動を考慮する必要がある。

また、同様に、石炭乾留時の石炭膨張圧により生じる炭化室炉壁への圧力負荷は、当該炭化室と燃焼室を介して隣接する炭化室における石炭乾留時の膨張圧およびコークス押し出し時の炉壁に対する圧力により増大する。

このため、石炭乾留時の炭化室炉壁への圧力負荷を低減するためには、炉幅方向の石炭膨張量だけでなく、隣接する炭化室における石炭乾留時の膨張圧およびコークス押し出し時の圧力負荷による変動を考慮する必要がある。

このように炭化室における石炭乾留中およびコークス押し出し時に発生する炉幅方向の当該炭化室の炉壁変位量を測定することは、石炭乾留時およびコークス押し出し時の炉壁に対する圧力負荷を予測し、さらに、コークス押し出し時の圧力負荷により炉壁の損傷、劣化状態を把握する観点から極めて重要である。このため、従来からコークス操業時の炭化室の炉壁変位を測定する方法は種々提案されている。

例えば、測定対象となる炭化室に隣接する燃焼室の炉頂煉瓦に設けたフリュー観察孔（図１の８）から測量用トランジットで燃焼室内の炉壁特定位置の変動を観察する方法が知られている（例えば非特許文献１、参照）。

しかしながら、一般コークス炉の燃焼室炉頂部に設けられたフリュー観察孔の大きさは、例えば直径１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ程度の小さい円筒形であるため、このフリュー観察孔を通して燃焼室内部を見る場合には、視野が狭く、ガスポート(図１の５)近傍の炉壁煉瓦しか観察できないのが実状である。

したがって、この方法により、炭化室を構成する炉壁煉瓦のうち、炉壁変位量が最も大きいと考えられる炉高方向中段位にある煉瓦を燃焼室側から観察し、炉壁の変位量を正確に測定することは不可能である。

この他の方法として、測定対象の炭化室と燃焼室を介して隣接する炭化室を空室とし、この炭化室炉頂部の石炭装入口から測定棒を挿入しこの下端部が炉壁に接触するように配置し、測定棒が炭化室炉頂部に設けた支点回りに回動する際の変位量から、前記測定対象の炭化室の炉壁変位量を求める方法が提案されている（例えば特許文献１、参照）。

この方法では、測定対象の炭化室と燃焼室を介して隣接する空室の炭化室の炉壁変位量の測定値を基に、前記測定対象の炭化室の炉壁変位量を求めるものであるから、空室の炭化室の炉壁の微小変動量を測定する必要がある。

しかし、測定棒の測定部の変位量を大きくするために、測定棒の支点（炭化室炉頂部）から上の部分の長さをある程度長くすることは、コークス炉の炉上を移動する装入車と干渉するため好ましくない。

したがって、この方法により、コークス操業において、コークス炉の炉上の装入車と干渉を回避しつつ、測定対象の炭化室炉壁の変位測定を連続的に、かつ高い精度で測定することは困難である。

また、炭化室からコークスを排出した後に、当該炭化室の対向する炉壁間の炉幅方向距離を測定するために炉幅測定装置を用いてこれと燃焼室を介して隣接する炭化室の炉壁変位量を求める方法の適用も考えられるが、これらの方法は、以下の技術的課題がある。

従来から炭化室の炉幅測定方法として、押し出し機のラム上またはラムビーム上に炭化室の幅方向に移動自在の変位体を積載し、この変位体を炭化室側壁に向けて付勢することにより炭化室幅を測定する方法や、押し出し機のラムまたはラムビームに非接触式距離計を積載し、炭化室幅を測定する方法等が提案されている（例えば特許文献３、参照）。これらの方法によって炉壁のプロフィールを繰り返して測定すれば、乾留中の炉壁変位量を知ることが原理的に可能である。

しかし、これらの方法では、押し出し機を長時間に渡って炉壁変位測定に使用するので、コークスの生産量が減少してしまい、商業生産を目的とするコークス炉では有効な手段とは言えない。
L. Roger他、Ironmaking Proceedings, AIME 46(1987). 特開２００２−５６４３号公報 特開昭５７−５３６１２号公報 特開昭６２−２９３１１２号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、室式コークス炉を用いたコークス操業を通して、炉頂部の装入車の移動を妨げることなく、炭化室の炉壁変位量を連続的に、且つ精度良く測定するための室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置および室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するものであり、すなわち、その発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）室式コークス炉で空窯とした炭化室の炉頂部に石炭装入口を覆うように配置され、冷却水が通水可能な内部構造を有する支持フランジと、該支持フランジの開口部から炉内に挿入され、炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有し、かつ冷却水が通水可能な内部構造を有する金属製プローブと、該プローブ下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように該プローブ上端部を懸垂支持し、かつ前記支持フランジ上に固定するためのプローブ支持部と、前記プローブの傾動量を測定するためのプローブ傾動量検出器とからなることを特徴とする室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。

（２）前記プローブ支持部は、一端が前記プローブ上端部に固定され、かつ他端に炉長方向に沿ってナイフエッジ部を有するプローブ保持金具と、該プローブ保持金具のナイフエッジ部と炉長方向に沿って線接触で支持するためのＶ字溝を有する揺動軸受と、該揺動軸受を前記支持フランジ上に固定し、かつ該固定位置を炉幅方向に調整可能なＸ軸ラックピニオンステージとからなることを特徴とする上記（１）記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。

（３）前記プローブ傾動量検出器は、前記プローブ上端部または前記プローブ保持金具に固定されたレーザー発振源と、該レーザー発振源から炉幅方向に距離を隔てて炉頂部に設けられた受光板からなることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。

（４）前記受光板は、炉頂部水平面に対して傾斜角度を調節する機構を備えたことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。

（５）室式コークス炉で空窯とした炭化室の炉頂部上に石炭装入口を覆うように冷却水が通水可能な内部構造を有する支持フランジを配置し、該支持フランジの開口部から炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有し、かつ冷却水が通水可能な内部構造を有する金属製プローブを炉内に挿入し、プローブ支持部を用いて該プローブの下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように該プローブ上端部を懸垂支持し、かつ前記支持フランジ上に固定した後、プローブ傾動量検出器を用いて前記プローブ上端部の傾動量を測定し、該測定値を基に炭化室の炉壁変位量を算出することを特徴とする室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。

（６）前記プローブ支持部は、一端が前記プローブ上端部に固定され、かつ他端に炉長方向に沿ってナイフエッジ部を有するプローブ保持金具と、該プローブ保持金具のナイフエッジ部と炉長方向に沿って線接触で支持するためのＶ字溝を有する揺動軸受と、該揺動軸受を前記支持フランジ上に固定し、かつ該固定位置を炉幅方向に調整可能なＸ軸ラックピニオンステージとからなることを特徴とする上記（５）記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。

（７）前記プローブ傾動量検出器は、前記プローブ上端部または前記プローブ保持金具に固定されたレーザー発振源と、該レーザー発振源から炉幅方向に距離を隔てて炉頂部に設けられた受光板からなり、前記炉壁変位量は、炉壁変位前後における前記レーザー受光板上の輝点の移動量と、前記プローブ支持部から前記プローブ下端部先端までの距離と、炉壁変位前の前記レーザー発振源から前記受光板上の輝点までの距離と、炉壁変位前の炉頂部水平面から受光板上の輝点までの高さと、炉壁変位前の炉頂部水平面からレーザー発振源までの距離と、炉頂部水平面に対する受光板面の傾斜角度を基に算出することを特徴とする上記（５）または（６）に記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。

本発明によれば、室式コークス炉を用いたコークス操業を通して、炉頂部の装入車の移動を妨げることなく、炭化室の炉壁変位量を連続的に、且つ精度良く測定することを可能とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明に係る室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置を配置し、炉壁変位量を測定するための実施の形態の一例を図１に示す。また、本発明に係る室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置の詳細を図２および図３に示す。

本発明に係る室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置は、図１に示されるように、測定対象となる炭化室１ａと燃焼室２を介して隣接する炭化室１ｂを空窯とし、この炭化室１ｂに炉壁変位量の測定装置を配置し、炉壁３の変位量を測定することにより、この測定値から対象となる炉炭化室１ａにおける石炭乾留時の膨張圧またはコークス押し出し時の圧力に起因する当該炉壁変位量の変化を把握することができる。

本発明に係る室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置の主要構成は、空窯とした炭化室１ｂの炉頂部に石炭装入口を覆うように配置された支持フランジ１９と、この支持フランジ１９の開口部２８から炉内に挿入され、炉壁３表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有する金属製プローブ１０と、この金属製プローブ１０下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように金属製プローブ１０上端部を懸垂支持し、かつ上記支持フランジ１９上に固定するためのプローブ支持部３６と、前記金属製プローブ１０の傾動量を測定するためのプローブ傾動量検出器３７とからなる。

炭化室の炉壁３の炉幅方向変位量は、上記金属製プローブ１０およびプローブ支持部３６によって金属製プローブ１０の傾動量に変換され、これをプローブ傾動量検出器３７によって測定することで炭化室の炉壁３の炉幅方向変位量を求めることができる。

金属製プローブ１０は、高温の炭化室内に挿入し長時間保持した状態で使用する際に溶損または熱変形が発生しないことが要求される。このため金属製プローブ１０に冷却機能を付与するためにその本体に金属製の中空管を使用し、図２に示すように金属製プローブ１０上部の両端部に冷却水供給口２３と冷却水排出口２４を設け、測定時に冷却水が通水可能な内部構造とする。また、金属製プローブ１０は、その下端部を炉頂部の支持フランジ１９の位置から炭化室１ｂ内の炉壁３の測定位置まで到達させるために長尺となり、自重による撓みや捻れにより測定値に誤差が生じる可能性がある。

これを防止するために金属製プローブ１０の複数箇所にフラットバー２２を取り付けて、測定プローブに機械的強度を持たせている。

支持フランジ１９は、炭化室の炉頂部に石炭装入口を覆うだけの大きさがあり、中央部分に金属製プローブ１０を貫通させるための開口部２８が設けられている。また、支持フランジ１９を炭化室１ｂの炉頂部上に設置する際に、支持フランジ１９の高さ位置と、炉頂部水平面に対する傾きを調整するためのアジャスター２５が支持フランジ１９裏面に備わっている。

更に、支持フランジ１９は、炭化室１ｂ内からの熱を受けて膨張すると、金属製プローブ１０の傾動量に誤差が発生し、炭化室１ｂの炉壁３の炉幅方向変位量を正確に求めることができなくなる。これを防止するために支持フランジ１９は冷却水給排水口２６を設けて測定時に冷却水が通水可能な内部構造とする。

プローブ支持部３６によって金属製プローブ１０を支持フランジ１９上に懸垂支持する際には、金属製プローブ１０が重力によって歪んでしまい、測定精度が低下しないように垂直な状態にすることが望ましい。金属製プローブ１０を垂直な状態に支持しつつこの下端部先端が炭化室１ｂの炉壁３表面に接触するようにするために、金属製プローブ１０を構成する金属中空管の下端部は炉壁表面に向かって屈曲した形状とする（例えば図２、参照）。

また、金属製プローブ１０はその内部を水冷しているため、低温の金属表面が高温の炉壁煉瓦に触れた際に煉瓦が損傷する恐れがあるので、これを避けるために、測定プローブ表面の該当箇所には、耐火物２１が取り付けられることが好ましい。

プローブ支持部３６は、図３に示すように、一端が金属製プローブ１０の上端部に固定され、かつ他端に炉長方向に沿ってナイフエッジ部を有するプローブ保持金具１３と、このプローブ保持金具１３のナイフエッジ部と炉長方向に沿って線接触で支持するためのＶ字溝を有する揺動軸受１６と、この揺動軸受１６を支持フランジ１９上に固定し、かつこの固定位置を炉幅方向に調整可能なＸ軸ラックピニオンステージ１４とで構成される。

プローブ保持金具１３の一端はプローブ保持金具１３上端部の機械的強度を持たせるために設置されたフラットバー２２と固定される。また、プローブ保持金具１３のナイフエッジ部および揺動軸受１６のＶ字溝の向きは何れも炭化室１ｂの炉壁３表面と平行な方向とし、プローブ保持金具１３のナイフエッジ部が揺動軸受１６のＶ字溝と線接触で支持され、この接触部分を揺動軸として炭化室１ｂの炉幅方向の変位に連動しプローブ保持金具１３を傾動させることができる。

金属製プローブ１０の下端部先端を炭化室１ｂの炉壁３表面の測定位置に接触させる場合は、Ｘ軸ラックピニオンステージ１４に設けられた位置調整ダイヤル１５を操作することにより、金属製プローブ１０の下端部先端の位置を炉壁側に移動させ、支持フランジ１９上に固定する。

プローブ傾動量検出器３７は、金属製プローブ１０上端部またはプローブ保持金具１３に固定されたレーザー発振源１２と、このレーザー発振源１２から炉幅方向に距離を隔てて炉頂部に設けられた受光板１７とで構成された光学系による非接触式傾動量検出器が用いられる。

金属製プローブ１０上端部またはプローブ保持金具１３に固定されたレーザー発振源１２から出射されたレーザー光１８は、コークス炉の炉上を移動する装入車と干渉しない炉頂部の位置に設置された受光板１７上で受光され、輝点を生成する。

この受光板１７上の輝点は、金属製プローブ１０の傾動と連動して受光板１７上を移動するため、受光板１７上の輝点の移動量を基に金属製プローブ１０の傾動量を測定することが可能となる。また、レーザー発振源１２の固定位置は、金属製プローブ１０の揺動軸の中心となるプローブ保持金具１３のナイフエッジ部に近い位置に設置することが好ましい。

受光板１７はコークス炉の炉上を移動する装入車と干渉しないようになるべくレーザー発振源１２から離れた位置に置くことが好ましい。光学系の光源としてレーザー発振源１２を用いる理由は、光源から離れた位置でも光の広がりが小さく、かつ昼間の明るい環境でも受光板１７上の輝点の位置を読み取り易くするための高い輝度を有するからである。
なお、レーザー発振源１２の種類としては、昼間でも受光板面の輝点が良好に視認できる緑色レーザーの使用が好ましい。

受光板１７は、図４に示すように、レーザー発振源１２から一定の距離Ｌ_４を隔てて設置されるが、この際、受光板１７は、炉頂部の水平面に対して受光板１７の傾斜角度γを調節するための機能を有することが好ましい。これは、炭化室１ｂの炉壁３の変位量および金属製プローブ１０の傾動量が同じ場合でも、受光板１７の傾斜角度γを小さくすることにより、受光板１７に投射される輝点の移動量が大きくなり、読み取り精度が高められるためである。

次に、本発明に係る室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置を用いてコークス炉炭化室の炉壁変位量を測定する方法について、図１を用いて説明する。先ず、測定対象とする炭化室１ｂのコークスを排出して空窯とする。次に、空窯とした炭化室１ｂの炉頂部上に石炭装入口の装入蓋７を撤去して、石炭装入口を覆うように冷却水が通水可能な内部構造を有する支持フランジ１９を載置する。

ここで、支持フランジ１９の表面が炉頂部水平面に対して平行になるようにアジャスター２５（図２、参照）で調整する。また、Ｘ軸ラックピニオンステージ１４の移動方向が炉幅方向（炉壁面に対して垂直方向）になるように、揺動軸受１６のＶ字形溝の向きを炉壁と平行なるように調整する。

次に、金属製プローブ１０をホイスト等で吊り上げ、支持フランジ１９の開口部２８から炭化室１ｂ内に降下させ、プローブ支持部３６を構成するプローブ保持金具１３のナイフエッジ部を、Ｘ軸ラックピニオンステージ１４に取り付けられた揺動受軸１６のＶ字溝内にセットする。この状態では炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有し、かつ冷却水が通水可能な内部構造を有する金属製プローブ１０の上端部は、支持フランジ１９上でプローブ支持部３６によって懸垂支持されている。

次に、プローブ支持部３６を構成するＸ軸ラックピニオンステージ１４の位置調整ダイヤル１５を操作し、金属製プローブ１０の下端部先端にある耐火物２１が、炭化室１ｂの炉壁３表面に接触するように金属製プローブ１０の下端部先端の位置を炉幅方向に調整する。これにより、金属製プローブ１０の金属製プローブ上端部がプローブ支持部３６によって懸垂支持され、金属製プローブ１０の下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となる。この際に、金属製プローブ１０の給排水用配管が支持フランジ１９や石炭装入口に接触しないように留意することは言うまでもない。

また、金属製プローブ１０および支持フランジ１９の内部に冷却水を予め通水しておくことが望ましく、必要に応じて排水温度を常時監視し、所定の温度を維持できるような制御システムを付加しても良い。また、金属製プローブ１０の冷却効率を上げ、プローブ表面が炉壁３からの輻射に直接さらされるのを防止するため、金属製プローブ１０を構成する金属中空管の外周に断熱材１１を配置してもよい。

金属製プローブ１０の位置調節が終了したら、プローブ上端部またはプローブ保持金具１３にレーザー発振源１２を取り付け、このレーザー発振源１２から所定の距離を隔てた炉頂部上にレーザー受光板１７を配置する。

本発明は、プローブ傾動量検出器３７を構成するレーザー発振源１２およびレーザー受光板１７を用いて前記プローブ上端部の傾動量を測定し、この測定値を基に炭化室の炉壁変位量を算出するが、その方法について、図４および図５を用いて以下に具体的に説明する。

図４は、金属製プローブ１０の上端部が支持フランジ１９面上のプローブ保持金具１３のナイフエッジ部および揺動軸受１６のＶ字溝によってこの揺動軸を中心として炭化室内にあるプローブ下端部が炉幅方向に揺動可能なように懸垂支持した状態を示す。

また、図５は、プローブ傾動量検出器３７を構成するレーザー発振源１２と受光板１７の位置関係、および金属製プローブの傾動に伴って受光板１７面上の輝点が変位する様子を模式的に示した図である。

図４において、１０ａは炉壁変位前の金属製プローブ１０の状態（位置）を示しており、炉壁と金属製プローブ１０の下端部先端が接触点２０ａで接触している。この状態で、レーザー発振源１２から照射されたレーザー光１８ａは、炉頂部水平面に対して傾動角度γで配置された受光板１７面上に輝点３５ａを投射している。

炭化室１ｂの炉壁３が変位した場合（変位量Ｌ₁）、炉壁３の変位に連動して金属製プローブ１０下端部先端と炉壁３表面の接触点が接触点２０ｂに移動し、金属製プローブ１０が垂直方向に対して角度αだけ傾動したとする。レーザー発振源１２は測定プローブ上部に固定されているので、プローブの傾動に連動してレーザー光１８ｂのごとく照射方向が上方へ変位し（この変位角度をβとする）、これに伴って受光板１７面上の初期の輝点３５ａは、輝点３５ｂへと移動する（受光板１７上における移動量をＬ₂とする）。

ここで、金属製プローブ１０の傾動角度α、支持フランジ１９面上のプローブ保持金具１３から接触点２０ａまでの距離Ｌ₃、および炭化室１ｂの炉壁３の変位量Ｌ₁との間には次式が成り立つ。
Ｌ₁＝Ｌ₃×ｓｉｎ（α） （１）
また、金属製プローブ１０が傾動する前後で変化したレーザー光１８の角度βは、金属製プローブ１０の傾動角αに等しいので、（１）式は次のように書き換えられる。
Ｌ₁＝Ｌ₃×ｓｉｎ（β） （１）’
従って、角度βを求めることで炉壁変位量Ｌ₁を算出することができる。

次に、角度βの求め方について図５を用いて説明する。図５において、１８ａは炉壁変位前のレーザー光の光路を示しており、炉頂部の水平基準線２９と角度δを成して受光板１７の表面に輝点３５ａを呈する。Ｌ₄はレーザー発振源２７から輝点３５までの水平距離、Ｌ₆は炉頂部水平面から輝点３５までの垂直距離、Ｌ₈は炉頂部水平面からレーザー発信源２７までの垂直距離であり、いずれも金属製プローブ１０の形状と光学系の位置関係だけで決まり、金属製プローブ１０と光学系の配置が完了した段階で、ただ一度だけ測定すれば良い。

一方、炭化室１ｂの炉壁３の変位に伴ってレーザー光が角度βだけ変化して光路が１８ｂとなり、受光板１７上の輝点が３５ｂに移動した場合の受光板１７上の移動距離がＬ₂、水平移動距離がＬ₅、垂直移動距離がＬ₇である。
図５において、以下の関係が成り立つ。

ｔａｎ（β＋δ）＝（Ｌ₇＋Ｌ₆−Ｌ₈）／（Ｌ₄＋Ｌ₅） （２）
ｔａｎ（δ）＝（Ｌ₆−Ｌ₈）／Ｌ₄ （３）
Ｌ₅＝Ｌ₂×ｃｏｓ（γ） （４）
Ｌ₇＝Ｌ₂×ｓｉｎ（γ） （５）
また、（２）式と（３）式より、次式が得られる。

β＋δ＝ｔａｎ^−１｛（Ｌ₇＋Ｌ₆−Ｌ₈）／（Ｌ₄＋Ｌ₅）｝ （６）
δ＝ｔａｎ^−１｛（Ｌ₆−Ｌ₈）／Ｌ₄｝ （７）
（７）式を（６）式に適用して整理すると、次式が得られる。

β＝ｔａｎ^−１｛（Ｌ₇＋Ｌ₆−Ｌ₈）／（Ｌ₄＋Ｌ₅）｝
−ｔａｎ^−１｛（Ｌ₆−Ｌ₈）／Ｌ₄｝ （８）
更に、（８）式に（４）式と（５）式の関係を適用すると、次式が得られる。

β＝ｔａｎ^−１｛（Ｌ₂×ｓｉｎ（γ）＋Ｌ₆−Ｌ₈）／（Ｌ₄＋Ｌ₂×ｃｏｓ（γ））｝
−ｔａｎ^−１｛（Ｌ₆−Ｌ₈）／Ｌ₄｝ −（９）
（９）式において、角度γ、長さＬ₄、長さＬ₆、長さＬ₈は光学系の位置関係で決まり、また、Ｌ₂は受光板１７の輝点３５の位置で決まるので、角度βが求められる。その結果を（１）式に適用すれば炉壁の移動量Ｌ₁を知ることができる。

なお、受光板１７上にある輝点の位置を測定する方法は、例えば、一定間隔で目盛が刻まれた定規を受光板上に貼り付け、輝点の位置を目視やデジタルカメラに記録して読み取る方法や、フォトマル等の光センサを利用して電気信号として自動的に記録する等の方法が考えられる。

次に、上述の方法で炉壁変位を求めるのが原理的に正しいかを、以下に示す小規模の冷間試験装置を使って確認した結果について、図６に基づいて説明する。
図６において、３０は台車であり、その片端部には模擬壁３１が設置されている。台車は平滑な床面３４上を所定の距離だけ直線的に移動し、その際の模擬壁の移動距離を床面に固定された距離計３３で測定する。金属製１０は台車上部の天井固定ビーム３２より懸垂される。この際、下端部の耐火物２１が模擬壁３１と接触するように配置する。
初期状態（台車移動前）で測定された角度γ、長さＬ₄、長さＬ₆、長さＬ₈の値を表１に示す。

この初期状態から台車を一定量ずつ段階的に移動させ、受光板１７の表面に投影された輝点３５ｂの移動距離Ｌ₂を測定した。

測定結果を表２に記載した。

この表において、計算値とは、上述の手順に沿って求めた模擬壁の移動距離であり、実測値とは、図６に示した台車３０の移動量をレーザー距離計３３で直接測定した値である。図７に模擬壁の移動距離の計算値（横軸）と実測値（縦軸）を比較したが、両者は良好な一致を示しており、本測定方法が原理的に正しいことを確認できた。

以下に本発明の装置および方法で実コークス炉において炉壁変位を測定した結果を例示する。測定は代表的な室式コークス炉において行った。具体的には、炭化室の寸法は高さ６．５ｍ、炉長（有効）１４．８ｍ、幅（平均）０．４３ｍである。また、変位の測定装置は、炉長方向の５箇所に設置されている装入口のうち、中央に位置する装入口（第３番装入口）に配置した。

また、以下の実施例において、測定管の設置条件は以下の通りである。
L₃＝４７５４ｍｍ
更に、本実施例における光学系の設置条件は次の通りである。

γ＝８．３度（０．１４ラジアン）
L₄＝１９５０ｍｍ、L₆＝１２０ｍｍ、L₈＝１１５ｍｍ

以下に本発明の効果を実施例を用いて説明する。なお、以下に示す条件は実施例の一条件として示すものであり、本発明の目的に反しない限り、以下の条件のみに限定されるものではない。

［実施例１］
図1に示すように、測定対象となる炭化室を空窯とし、装入口から本発明の測定装置を据え付けた。この状態で燃焼室を夾んで隣接する炭化室に石炭を装入した。

上述の方法で測定した結果を図８に示す。この図において、横軸は経過時間を表しており、炭化室への石炭装入終了を原点（ゼロ）としている。また、縦軸は炉壁の変位量を表しており、当該窯へ石炭を装入する１時間前の炉壁位置をゼロ点とした。縦軸の値が大きいほど炉壁が迫り出していることを意味する。

図８に示すように、３つのピークが測定された。このうち、ピークａは、隣接した炭化室のコークスを排出するタイミングと一致しており、押し出し時に炉壁に掛かる側圧が発生していることを示している。装入直後に大きなピークｂが発生しているが、これは炉壁煉瓦表面の温度変化に伴う熱応力が原因と考えられる。ピークｃは軟化溶融層が炉幅中心部で会合するタイミングと一致しており、石炭の膨張圧による変位と見なせる。石炭乾留中およびコークス排出に伴なうこれらの炉壁変位は当然予測できる挙動であり、本測定装置および測定方法によって的確に把握できている。

［実施例２］
装入炭の配合条件を調整して、膨張圧（炭中ガス圧）を種々に変化させて炉壁の変位量を測定した結果を図９に示す。この図において、横軸は炭中ガス圧の最大値を、縦軸は膨張圧による炉壁変位量の最大値（図８中のＣに相当）を示している。図７より、炭中ガス圧が増加するにつれて、壁の変位量も増加することがわかる。なお、本実施例において、変位の測定装置は、炉長方向で中央部に位置する装入口に配置した。

［実施例３］
５箇所の装入口に測定装置を配置して、石炭膨張圧による炉壁変位を測定した。膨張圧による炉壁変位の最大値を図１０に示す。この図において、横軸は装入口の番号を示し、＃１は押し出し機側を、＃５はガイド車側を示す。図より、石炭膨張圧による炉壁変位は、炉長方向の中央で最も大きく、両端部では小さいことがわかる。これは、コークス炉の構造として炉端部では拘束力が高いためであり、本測定結果はこのような条件を反映したものと考えられる。

なお、装入車の石炭装入部と炉頂煉瓦面の間隔は、最大でも例えば２０ｃｍ程度しかなく、これ以上の突出物が炉上に存在すると装入車と干渉してしまう。本願発明の装置は炉頂面からの突出量を装入車の下端部分と接触しない程度にすることが可能であり、装入車の移動状況に拘わらず炉壁の変位が連続的に測定出来る点で優れている。

本発明の実施の形態において炉壁変位量の測定装置の使用方法を示す図である。 本発明の実施の形態において炉壁変位測定装置の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態において炉幅方向に測定装置の位置を調整する機構の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態において炉壁変位測定装置による炉壁変位を光学的に測定する方法の概略を示す図である。 本発明の実施の形態において炉壁の変位量を計算する方法の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態において炉壁の変位量を光学的に求める原理を確認するための小規模の冷間試験を示す図である。 小規模の冷間試験装置により本願発明の原理を確認する測定結果において、炉壁変位量の計算値と実測値を比較する図である。 本発明の実施例において炉壁の変位量の時間的変化を示す図である。 本発明の実施例においてガス圧の最大値と炉壁の変位量の関係を示す図である。 本発明に実施例において装入口ごとの炉壁の変位量を比較する図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ・・・炭化室
２・・・燃焼室
３・・・炉壁
４・・・コークスケーキ
５・・・ガスポート
６・・・プラスチックゾーン
７・・・装入口、または、装入口蓋
８・・・フリュー観察孔
９・・・炉頂煉瓦
１０・・・金属製プローブ
１１・・・断熱材
１２・・・光源、または、レーザー発振源
１３・・・プローブ保持金具
１４・・・Ｘ軸ラックピニオンステージ
１５・・・位置調整ダイヤル
１６・・・揺動軸受
１７・・・受光板
１８ａ、１８ｂ・・・レーザー光
１９・・・支持フランジ
２０ａ、２０ｂ・・・炉壁と変位測定プローブの接触点
２１・・・耐火物
２２・・・フラットバー
２３・・・冷却水供給口
２４・・・冷却水排出口
２５・・・アジャスター
２６・・・冷却水給排水口
２７・・・レーザー発振源
２８・・・開口部
２９・・・水平基準線
３０・・・移動台車
３１・・・模擬壁
３２・・・天井固定ビーム
３３・・・距離計
３４・・・平滑な床面
３５ａ、３５ｂ・・・輝点
３６・・・プローブ支持部
３７・・・プローブ傾動量検出器
Ｌ₁・・・炉壁の変位量
Ｌ₂・・・レーザー受光板上の輝点の移動量
Ｌ₃・・・揺動点から測定プローブと炉壁の接触点までの距離
Ｌ₄・・・炉壁変位前のレーザー発振源から受光板上の輝点までの水平距離
Ｌ₅・・・炉壁変位後のレーザー輝点の水平移動距離
Ｌ₆・・・炉頂面から受光板上の輝点までの高さ（炉壁変位前）
Ｌ₇・・・炉壁変位後のレーザー輝点の垂直移動距離
Ｌ₈・・・炉頂面からレーザー発振源までの距離（炉壁変位前）
α・・・変位測定プローブの傾動角度
β・・・炉壁変位の前後でレーザー光の照射方向が変化した角度
γ・・・炉頂部水平面に対する傾斜角度γ
δ・・・レーザー光と水平基準線の成す角度（炉壁変位前）

Claims (7)

1. 室式コークス炉で空窯とした炭化室の炉頂部に石炭装入口を覆うように配置され、冷却水が通水可能な内部構造を有する支持フランジと、該支持フランジの開口部から炉内に挿入され、炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有し、かつ冷却水が通水可能な内部構造を有する金属製プローブと、該プローブ下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように該プローブ上端部を懸垂支持し、かつ前記支持フランジ上に固定するためのプローブ支持部と、前記プローブの傾動量を測定するためのプローブ傾動量検出器とからなることを特徴とする室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。
2. 前記プローブ支持部は、一端が前記プローブ上端部に固定され、かつ他端に炉長方向に沿ってナイフエッジ部を有するプローブ保持金具と、該プローブ保持金具のナイフエッジ部と炉長方向に沿って線接触で支持するためのＶ字溝を有する揺動軸受と、該揺動軸受を前記支持フランジ上に固定し、かつ該固定位置を炉幅方向に調整可能なＸ軸ラックピニオンステージとからなることを特徴とする請求項１記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。
3. 前記プローブ傾動量検出器は、前記プローブ上端部または前記プローブ保持金具に固定されたレーザー発振源と、該レーザー発振源から炉幅方向に距離を隔てて炉頂部に設けられた受光板からなることを特徴とする請求項１または２に記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。
4. 前記受光板は、炉頂部水平面に対して傾斜角度を調節する機構を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置。
5. 室式コークス炉で空窯とした炭化室の炉頂部上に石炭装入口を覆うように冷却水が通水可能な内部構造を有する支持フランジを配置し、該支持フランジの開口部から炉壁表面に向かって屈曲した形状を有する下端部を有し、かつ冷却水が通水可能な内部構造を有する金属製プローブを炉内に挿入し、プローブ支持部を用いて該プローブの下端部先端が炉壁表面に接触した状態で炉幅方向に揺動可能となるように該プローブ上端部を懸垂支持し、かつ前記支持フランジ上に固定した後、プローブ傾動量検出器を用いて前記プローブ上端部の傾動量を測定し、該測定値を基に炭化室の炉壁変位量を算出することを特徴とする室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。
6. 前記プローブ支持部は、一端が前記プローブ上端部に固定され、かつ他端に炉長方向に沿ってナイフエッジ部を有するプローブ保持金具と、該プローブ保持金具のナイフエッジ部と炉長方向に沿って線接触で支持するためのＶ字溝を有する揺動軸受と、該揺動軸受を前記支持フランジ上に固定し、かつ該固定位置を炉幅方向に調整可能なＸ軸ラックピニオンステージとからなることを特徴とする請求項５記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。
7. 前記プローブ傾動量検出器は、前記プローブ上端部または前記プローブ保持金具に固定されたレーザー発振源と、該レーザー発振源から炉幅方向に距離を隔てて炉頂部に設けられた受光板からなり、前記炉壁変位量は、炉壁変位前後における前記レーザー受光板上の輝点の移動量と、前記プローブ支持部から前記プローブ下端部先端までの距離と、炉壁変位前の前記レーザー発振源から前記受光板上の輝点までの距離と、炉壁変位前の炉頂部水平面から受光板上の輝点までの高さと、炉壁変位前の炉頂部水平面からレーザー発振源までの距離と、炉頂部水平面に対する受光板面の傾斜角度を基に算出することを特徴とする請求項５または６に記載の室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定方法。

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