JP2011503254A - 耐火炉の加熱壁の補修 - Google Patents

Abstract

炉内の耐火煉瓦壁を補修する方法であって、（ａ）補修／再建が必要な耐火煉瓦壁またはその一部を特定し、構造寸法を事前設計し、さまざまな炉設計および炉加熱システムに対応するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で特定された耐火煉瓦壁またはその壁部分を解体するステップと、（ｃ）現場で、新たな壁またはその一部を画定する再使用可能外型枠を取り付けるステップと、（ｄ）新たな壁またはその一部内に１つまたは複数の通路を画定する消耗内型枠を取り付けるステップと、（ｅ）外型枠によって境界が画される１つまたは複数の領域内にキャスタブル材を流し込むステップと、（ｆ）上記キャスタブル材を硬化させるステップと、（ｇ）再使用可能外型枠を除去するステップと、を含む方法。

Description

[0001]
本発明は、概して、耐火炉における珪石煉瓦加熱壁の補修に関し、特に、非限定的かつ例示的実施形態では、コークス炉における珪石煉瓦加熱壁、屋根および／またはコーベル領域の補修に関する。

[0002]
発明の背景
一般に、コークスは、コークス炉で製造される。コークス炉は、複数の並置された炭化室または炭化炉を有し、それらは加熱壁によって互いに分離されており、加熱壁は炭化室の全長に延在している。炭化炉は、「押出炉」と呼ばれることもあり、それは、コークス化プロセスの後、コークスが長手方向に炭化炉から押し出されるためである。通常のコークス炉設備は、たとえば３０から１００を超える個々の炭化室または炭化炉を並置関係に備えている可能性があり、各炭化室は、高さが３メートル〜７メートル、長さが通常１４メートル以上、幅がおよそ１／２メートル〜１メートルである。各加熱壁は、通常、複数の水平に延在する珪石煉瓦の段から構成されており、煉瓦は、加熱壁内に垂直にかつ／または水平に延在する内部煙道または排気口（および他の通路）を画定するように組み立てられている。

[0003]
年月を経ると、おもに苛酷な熱サイクル環境、コークス用石炭圧力または操業のために、加熱壁、屋根および／またはコーベル領域のうちの一部またはすべてに対し、補修および／または再建が必要になる。

[0004]
目下、コークス炉の加熱壁は、通常、破損した領域において個々の煉瓦を交換することによって補修される。たとえば、米国特許第２，４７６，３０５号を参照されたい。より最近の特許、米国特許第４，４５２，７４９号は、キャスタブル耐火材から個々の交換煉瓦を成形することを開示している。しかしながら、これらプロセスは、非常に大きな労働力を必要とし、コストがかかり、かつ時間がかかる。

[0005]
特に、設備の見積残存耐用年数が５年から２０年の間である場合に、より単純かつコストのかからない補修プロセスが依然として必要とされている。

[0006]
本発明の簡単な説明
非限定的な例示的実施形態によれば、本明細書では、コークス炉において破損した加熱壁（および／または屋根およびコーベル領域）の補修または交換（再建）のための新たなプロセスを開示している。特に、補修／交換が必要な加熱壁の部分は、好適な解体手順を経て除去し、その際、関与する作業員の安全のためにすべての必要な予防措置をとる。本発明の目的上、１つの加熱壁の一部に再建が必要であるものとしているが、本明細書に記載する補修／再建プロセスを、壁全体、屋根（またはその一部）および／またはコーベル領域の交換が必要な状況に適用可能であることが理解されよう。したがって、「耐火煉瓦壁」に言及する場合、それは、垂直な壁とともに水平な屋根および床（コーベル）領域を包含することを意図している。

[0007]
補修対象である壁部分の個々の珪石煉瓦を除去した後、必要に応じて好適なブレーシングを取り付けて、事前設計された組立式の型枠を造り、その型枠にキャスタブル耐火材を流し込むことにより、新たな壁部分を形成する。好ましい構成では、新たな壁部分を段階的に構成し、高さが約２フィート〜１２フィートの外型枠を、補修対象の部分の全長に沿って取り付ける。内部の消耗型枠を追加して、たとえば垂直煙道排気口および他の任意の必要な通路を画定する。そして、型枠内に耐火キャスタブル材を流し込み、硬化させる。第１段の上に別の型枠段を積み重ね、新たな壁が室または炉の屋根に達するまでプロセスを繰り返す。屋根の高さにおける仕上げ処理については、本明細書において後述する。

[0008]
したがって、一態様では、本発明は、炉内の耐火煉瓦壁を補修する方法であって、
（ａ）補修／再建が必要な耐火煉瓦壁またはその一部を特定するステップと、
（ｂ）耐火煉瓦壁またはその一部を解体するステップであって、
（１）工学的研究から交換壁に対するベンチマークおよび構造寸法を確立する、ステップと、
（ｃ）現場で、新たな壁またはその一部を画定する再使用可能外型枠を取り付けるステップと、
（ｄ）新たな壁またはその一部内に１つまたは複数の通路を画定する消耗内型枠を取り付けるステップと、
（ｅ）外型枠、既設の珪石煉瓦および鋼鉄構造によって境界が画される領域内に、かつ内型枠の周囲に、キャスタブル材を注入するステップと、
（ｆ）キャスタブル材を硬化させるステップと、
（ｇ）前記外型枠を除去するステップと、
（ｈ）新たな耐火物の制御された加熱を行うステップと、
（ｉ）新たな壁に対しバックステーばねで張力をかけるステップと、
（ｊ）補修された炉の使用を再び開始する工場操業のスケジュールを展開するステップと、
を含む方法に関する。

[0009]
例示的な実施形態では、ステップ（ｃ）〜ステップ（ｆ）は、新たな壁またはその一部の完成高さを下回る高さである新たな壁またはその一部の第１部分を形成するように行われ、完成高さに達するまで、互いに積み重ねられる１つまたは複数の追加の部分を形成するようにステップ（ｃ）〜ステップ（ｅ）が繰り返される。

[0010]
別の態様では、本発明は、コークス炉の珪石煉瓦加熱壁のすべてまたは一部を交換する方法であって、加熱壁が一対の隣接する炉の間に位置し少なくとも１つの煙道通路を含む、方法であり、
（ａ）壁またはその一部を解体するステップであって、
（１）補修される壁に対する工学的なベンチマークおよび構造寸法を確立する、ステップと、
（ｂ）隣接する炉の間に、現場で新たな壁またはその一部を画定する外型枠を取り付け、新たな壁またはその一部内に少なくとも１つの新たな煙道通路を画定する消耗内型枠を取り付けるステップと、
（ｃ）外型枠内にかつ内型枠の周囲に耐火キャスタブル材を注入し、その材料を硬化させるステップと、
（ｄ）外型枠を除去するステップと、
（ｅ）制御された加熱を行うステップと、
（ｆ）新たな壁にバックステーばねで張力をかけるステップと、
（ｇ）補修された炉の使用を再び開始する工場操業を含むスケジュールを展開するステップと、
を含む方法に関する。

[0011]
ここで、例示的な実施形態について、以下に特定する図面に関連して説明する。

[0012]
複数の並置されたコークス炉の略側面図であり、補修対象の壁の両側の炉内に補修隔壁が取り付けられている。[0013] 図１に示す炉の略平面図である。[0014] 図２に類似する平面図であるが、補修領域に断熱ブランケットが取り付けられている。[0015] 図３に類似する平面図であるが、補修対象の壁との境界面に隣接して支持具が取り付けられている。[0016] 炉内の補修領域の端面図であり、追加の任意の長手方向のブレーシングが取り付けられている。[0017] 本発明のプロセスで採用される例示的な型枠の部分斜視図である。[0018] 補修された壁部分の一部の部分斜視図であり、下段に取り付けられた外型枠および内型枠を示し、その中に耐火キャスタブル材が流し込まれている。[0019] 新たな壁部分がいかに段階的に構成されかつ流し込まれるかを示す概略図である。[0020] 内部煙道通路がいかに段階的に構成されかつ流し込まれるかを示す概略図である。 内部煙道通路がいかに段階的に構成されかつ流し込まれるかを示す概略図である。[0021] 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。 補修または交換プロセスで使用することができる特殊製品の事前設計された枠の図である。

[0022]
本発明の詳細な説明
最初に図１および図２を参照すると、大きいコークス炉の一部１０が、加熱壁２０、２２、２４、２６および２８によって分離された一続きのまたは複数の実質的に平行な並置された加熱室または炭化炉１２、１４、１６および１８を含むように示されている。床またはコーベル領域は、符号３０で示されており、床構造はここで図示するものより複雑であることが理解される。加熱壁の最上部にわたって屋根３２が延在している。図は、コークス炉のわずか一部のみを、本開示の理解を容易にするために幾分か簡略化して示していることも理解されよう。

[0023]
図１および図２において、加熱壁は各々、壁の内部に複数の垂直に向けられた煙道３４を有するように示されている。加熱壁内には、さらなる通路（たとえば、水平煙道部、水平または垂直配管等）が形成されていてもよく、それらのすべてが、「煙道」、「排気口」または「他の通路」という用語に包含されている。各加熱壁は、積み上げられた珪石煉瓦から構成されており、本開示の目的で、加熱壁２４の煉瓦が破損しており、そのため、後述するように加熱壁２４の少なくとも一部を再建する必要があるものとする。

[0024]
図２の平面図において、交互の加熱壁と加熱室または炉とが、図示するものを十分に越えて両方向に延在していることが理解されよう。加熱壁２４の補修対象の部分を、点線３６、３８で示し、それは実線４０で終端している。したがって、壁２４の補修対象の部分は、４つの別個の実質的に垂直に向けられた煙道３４を囲んでおり、壁構造には水平に向けられた通路も存在する可能性があることが理解される。

[0025]
最初に、再建対象の領域を密閉しなければならず、この目的で、隣接する室または炉１６、１８内において補修対象の領域を越えて隔壁４２、４４を構築する。隔壁４２、４４は、図１に最もよく示すように積み上げられた煉瓦４６、たとえば４．５インチ×９インチ×３インチの断熱（１８００°Ｆ以上に対する）粘土煉瓦から構成されている。煉瓦を、必要に応じて適合するようにのこぎりで切断し、互いに対して乾燥した状態でかつ密に敷設してもよい。隔壁は、実質的に屋根まで延在し、補修対象の領域を有効に隔離する。

[0026]
破損した壁領域の解体中および解体後に落下する残骸からの保護を提供するために、炉室に入る前に、いわゆる「ヘッドエイク（headache）」ラック（図示せず）を取り付ける。これらラックは、屋根からまたは他の好適な手段により懸吊される金網等を有していてもよい。

[0027]
任意に、隣接する加熱壁の露出した壁にかつ隔壁４４、４６にわたって、セラミックファイバブランケット４８、５０の形態をとり得る断熱材を貼付してもよい（図３）。セラミックファイバブランケットを、２つの１インチまたは１．５インチの層で継目を部分的に重ねて貼付し、任意の適当な方法で一時的に固定してもよい。断熱材は、中実の壁４０に沿って省略されるか、または再建が進行するに従って段階的にそこから除去されることが理解されよう。断熱材は、特に、補修プロセス中、隣接する運転中の炉が高温に加熱されたままであるため有益である。

[0028]
図４を参照すると、セラミックファイバブランケットを取り付けた後、隣接する加熱壁２２、２６と壁２４の残っている、すなわち再建が不要である部分との間に、１つまたは複数のブレース５２が取り付けられている。各ブレース５２は、一対のねじ込み入れ子式ロッド５４、５６と締付ナット５８とを有していてもよく、それによりブレースを、隣接する壁面に接触するように伸長させることができる。必要な数のブレース５２を、床近くから天井近くまで垂直に隔置することができ、要求に応じて同様のブレース群を配置してもよい。必要に応じて天井支持具を利用してもよい、ということが理解されよう。これらブレースまたは支持具は、既設の壁および煙道を安定させる。

[0029]
この予備的な作業が完了すると、解体を開始することができ、破損した（かつ望まれる範囲で周囲の）耐火煉瓦を最上部から下方に除去する。解体プロセスのある時点で、補修中の加熱壁の既設の残りの部分を補強することが必要であるかまたは望ましい場合がある。より詳細には、図５に最もよく示すように、任意に、補修壁の既設の煙道６２から離れて、垂直に向けられた「バックステー」（Ｉ形鋼）６０を取り付けてもよい。１つまたは複数の調整可能な水平に向けられたブレース支持具６４が、煉瓦ステー６０と既設の煙道壁６２との間に延在していてもよく、それにより、既設の煙道壁が、解体中に形成される開口部に向かって移動するのが防止される。支持具６４は、この場合もまた、入れ子式ねじ込みロッド６６、６８と伸縮ナット７０とを有していてもよく、より広い支持部７２が既設の壁と係合するように適合されている。

[0030]
解体が進むに従い、必要に応じて追加のブレースを取り付けてもよい。破損した壁煉瓦および周囲の壁煉瓦のすべてを除去した後、その領域を清掃し、新たな壁構築の用意をする。これら新たな壁を、通常のコンクリート壁構築で用いられるものと同様の再使用可能型枠および消耗型枠の組合せを用いて構築する。

[0031]
特に図６を参照すると、外壁型枠７４、７６は、合板、アルミニウム、木材および金属の積層構造（たとえば、内側が合板、外側がアルミニウム等の金属）、または他の好適な材料から構成されてもよい。内型枠は、木材、ファイバボード、ボール紙、ＰＶＣ、または再建作業の完了時に補修された炉が加熱された時に燃焼する他の好適な消耗材料であることが好ましい。型枠は段階的に構築されることが好ましく、型枠は、好ましくは高さが２４インチ〜３０インチであり、長さが補修対象の壁の適用される長さと等しい。

[0032]
したがって、構築の第１段階は、消耗「箱形」型枠７８、８０および８２と組み合せて外壁型枠７４および７６を配置することを含み、型枠７８、８０および８２は、外型枠の範囲内に配置されることにより、別個の内部の垂直に向けられた煙道（または他の）通路を画定する。さまざまな内部箱形型枠内に、内型枠に支持を提供するため、または煙道内に追加の分岐路を画定するために、必要に応じてさらなる型枠またはブレースを追加してもよいということが理解されよう（たとえば、図６および図７のブレース８３を参照されたい）。炉の側壁の場合、流し込まれた壁が既設の煉瓦積みと同一平面になるように、型枠を設置しなければならない。内部煙道の場合、流し込まれた壁が、既設の煉瓦積みの約１／８インチ内側になるように、型枠を設置しなければならない。図７に示すように、キャスタブル耐火材８４を、密閉領域内にかつ内部煙道型枠の周囲に注入（ポンプ圧送）する。たとえば図７に示すように、内部箱形型枠の所定の画定された領域内にも耐火材を注入してもよく、そこでは、導管８６が、より広い煙道通路のより小さい閉込め部８８内において耐火材によって包囲されることが理解されよう。

[0033]
耐火材は、Fosbel, Inc.(Brook Park,Ohio,USA)からFosKast FS-Pという名称で販売されている製品であってもよい。これは、最低使用温度が２８００°Ｆ（１５３８℃）である、高い機械的強度と耐熱衝撃性を必要とする苛酷な使用用途に対して設計された、溶融シリカをベースとする、ゼロ膨張のポンプ圧送可能なキャスタブルである。この材料を、好ましくはそれぞれの型枠部の上方から型枠内に注入することにより、型枠内に導入し、その際、注入中の材料の均質性を確実にするために産業用のコンクリート振動機を用いる。その後、上述したものと実質的に同一の（または必要に応じて変更された）第２段型枠構造を、第１段の上部に積み重ね、注入プロセスを繰り返す。接合部のつなぎ目にセラミック溶接を行う。

[0034]
この型枠を積み重ね耐火材を流し込み／硬化させるプロセスを、新たな壁が実質的に屋根３２の高さに達するまで繰り返す。この手順を、図８に概略的に示し、そこでは、型枠Ａ、Ｂ、ＣおよびＤがそれぞれの段階１〜４において連続して積み重ねられる。図９および図１０は、たとえば複数の箱形型枠７８を用いて、内部煙道または煙突通路を形成するために、同様の積重ね構成をいかに使用するかを示している。段階の数は、壁の高さと個々の型枠部のサイズによって決まる。屋根の高さにおいて、壁を完成させる２つのオプションがある。

[0035]
一実施形態では、型枠を可能な限り屋根に近づけ、その後、屋根部を注入する第２注入段階を行う。別の実施形態では、補修された壁領域に対応する屋根の部分を除去し、型枠が屋根開口部を通って延在し、隣接する屋根側部が型枠の一部を形成する。この場合、型枠は、最後の流し込みが屋根の外面と実質的に同一平面になるようなサイズとなる。

[0036]
そして、材料の製造業者の推奨に従って、材料を硬化させる。その後、残りのすべてのブレースを除去し、内型枠を、乾燥および硬化のために６０時間にわたって複合制御された加熱を通して燃焼させる。

[0037]
さまざまな炉の構成要素の周囲に鋳込みするために必要ないくつかのサイズおよび形状の異なる型枠があり得ることが理解されよう。図１１〜図１６は、これに関して例示している。図１１〜図１３は、たとえば９６、９８に示す内部ブレースと組み合わされた、一体フレーム９４によって包囲された一体サイドパネル９２から構成される正方形の型枠９０を示す。図１４〜図１６は、同様に、一体フレーム１０４によって包囲された単一サイドパネル１０２から構成され、かつ同様に内部ブレース１０６、１０８を利用する、矩形の細長い外型枠１００（４８インチ×２４インチ）を示す。型枠の一端は、符号１１０において角度が付けられ、すなわち屈曲しており、この構成は、いかなる分野の応用においても要求される可能性のあるあらゆる型枠形状を単に例示するものであることが理解される。同様な設備は２つとないため、各設備を、種々の加熱煙道設計および内部煉瓦積み設計ならびに寸法特性のすべてを包含するように個々に設計しなければならない。

[0038]
本明細書で説明した補修／再建プロセスには、破損した珪石煉瓦を個々に交換するという従来の慣例に比べて多くの利点がある。たとえば、典型的なリードタイムを長くする煉瓦配送遅延がなくなり、再建はより単純で大きな労働力が不要となり、加熱サイクルが短縮化され、プロセスは拡張される炉壁に容易に適応し、望ましい場合は既設の屋根を保存することができる。さらに、製造日数、したがって製造コストの損失が低減する。

[0039]
この開示は、コークス炉等において補修を行うために義務付けられまたは他の方法で適当であると考えられ得る安全予防策／手続きのすべてを、大まかにでさえも説明してはいないことが理解される。こうした予防策／手続きは、当業者には周知であり、したがって本明細書で説明する必要はない。

[0040]
すでに上述したように、本明細書で開示したプロセスは、炉の屋根（またはその一部）にかつコーベルまたは床領域（またはその一部）に等しく適用することができる。

[0041]
本発明を、目下最も実際的でありかつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるさまざまな変更および均等な構成を包含するように意図されていることが理解されるべきである。

Claims (16)

1. 炉内の耐火煉瓦壁を補修する方法であって、
   （ａ）補修／再建が必要な耐火煉瓦壁またはその一部を特定するステップと、
   （ｂ）ステップ（ａ）で特定された前記耐火煉瓦壁またはその壁部分を解体するステップと、
   （ｃ）現場で、新たな壁またはその一部を画定する再使用可能外型枠を取り付けるステップと、
   （ｄ）前記新たな壁またはその一部内に１つまたは複数の通路を画定する消耗内型枠を取り付けるステップと、
   （ｅ）前記外型枠によって境界が画される１つまたは複数の領域内にキャスタブル材を流し込むステップと、
   （ｆ）前記再使用可能外型枠を除去するステップと、
   （ｇ）制御された６０時間加熱サイクルを通して、導入された前記キャスタブル材を硬化させるステップと、
   を含む方法。
2. ステップ（ｃ）〜ステップ（ｆ）が、前記新たな壁またはその一部の完成高さを下回る高さである前記新たな壁またはその一部の第１部分を形成するように行われ、前記完成高さに達するまで、互いに積み重ねられる１つまたは複数の追加の部分を形成するようにステップ（ｃ）〜ステップ（ｅ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記耐火煉瓦壁が、コークス炉の隣接する加熱室間の加熱壁の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記内型枠が、少なくとも１つの垂直に向けられた煙道通路を画定する、請求項３に記載の方法。
5. 前記内型枠が木材から構成される、請求項１に記載の方法。
6. 前記内型枠がボール紙またはファイバボードから構成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記キャスタブル材が、溶融シリカ材料である、請求項１に記載の方法。
8. 前記外型枠が金属材料からなる、請求項１に記載の方法。
9. 前記外型枠が木材・金属積層板からなる、請求項１に記載の方法。
10. 前記木材・金属積層板が、その内側に合板、その外側にアルミニウムを有する、請求項９に記載の方法。
11. コークス炉のセラミック煉瓦加熱壁のすべてまたは一部を交換する方法であって、前記加熱壁が一対の隣接する炉の間に位置し少なくとも１つの煙道通路を含む、方法であり、
    （ａ）前記壁またはその一部を解体するステップと、
    （ｂ）前記隣接する炉の間に、現場で新たな壁またはその一部を画定する外型枠を取り付け、前記新たな壁またはその一部内に少なくとも１つの新たな煙道通路を画定する消耗内型枠を取り付けるステップと、
    （ｃ）前記外型枠内にかつ前記内型枠の周囲に耐火キャスタブル材を流し込み、前記材料を硬化させるステップと、
    （ｄ）前記外型枠を除去するステップと、
    （ｅ）前記消耗内型枠を燃焼させるステップと、
    を含む方法。
12. 前記消耗内型枠がファイバボードまたはボール紙から構成される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記消耗内型枠が合板から構成される請求項１１に記載の方法。
14. ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）が、前記新たな壁またはその一部の完成高さを下回る高さである前記新たな壁またはその一部の第１部分を形成するように行われ、前記完成高さに達するまで、互いに積み重ねられる１つまたは複数の追加の部分を形成するようにステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 隣接する部分の間の接合部のつなぎ目にセラミック溶接を施すことを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記炉の上の屋根の一部を除去して前記屋根の隣接する側部を外型枠として使用することと、前記屋根と実質的に同一平面の高さまで前記耐火キャスタブル材を流し込むこととを含む、請求項１４に記載の方法。

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