JP2013002703A - 窯炉内張耐火物の熱間補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内面の補修対象領域に不定形耐火物を施工した後、その施工体を従来よりも短い時間で乾燥することができ、かつ乾燥に際して施工体に亀裂や爆裂が生じにくい、炉の補修方法を提供する。
【解決手段】まず、炉内面の補修対象領域Ｓに、炉外に通じる貫通孔１５を形成し、その貫通孔１５に柱状中子１６を挿入し、これを炉内側へ突出させた状態で固定する。次に、補修対象領域Ｓに、柱状中子１６の炉内側への突出長さ以下の厚みに不定形耐火物を施工する。次に、貫通孔１５から柱状中子１６を取り除いて炉内外に連通する通気路２０を確保し、この状態で不定形耐火物の施工体１８，１９を乾燥させる。最後に、通気路２０を閉塞する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、熱風炉、高炉、脱ガス炉、取鍋、あるいは出銑樋等の各種炉の補修方法に関し、特に不定形耐火物を用いた炉の補修方法に関する。

従来から、炉の補修に不定形耐火物が用いられている。不定形耐火物は、例えば、アルミナ質原料やシリカ質原料等の耐火性粉体を主材とした粉体組成物に、水を加えてなり、流し込みや吹付け等の方法によって炉内面の補修対象領域に施工される。

不定形耐火物は水分を含むため、これを用いた炉の補修においては、耐火れんがの張替えによる補修と異なって、炉内面の補修対象領域に施工された不定形耐火物（以下、施工体という。）を加熱し乾燥させる乾燥工程が必要となる。

炉の稼働率を向上させる等の見地から、上記乾燥工程を速やかに終えることが望まれている。しかし、上記乾燥工程を短縮するために不定形耐火物の施工体を急加熱すると、施工体の内部に発生する水蒸気圧によって、施工体に亀裂や爆裂が生じることがある。そこで、この亀裂や爆裂のトラブルを回避するために、以下の技術が提案されている。

特許文献１は、不定形耐火物の施工体の非稼動面側、即ち炉の鉄皮側背面に、多数の細孔を有する中空パイプを複数本埋設することを提案している。各中空パイプの端部は大気中に開放させる。この技術によると、施工体内の水蒸気を、中空パイプを通じて大気中に排出できるため、施工体の内部水蒸気圧の上昇を緩和でき、施工体の爆裂を防止することができる。

特許文献２は、不定形耐火物の施工体に、複数の有底の穴部を形成することを提案している。この技術によると、施工体内の表面のみならず穴部からも水蒸気が逸散するので、穴部を形成しない場合に比べて乾燥時間を短縮することができる。

特許文献３及び４は、不定形耐火物の施工体と対向する位置の鉄皮に設けた蒸気抜き孔から真空ポンプを用いて減圧排気することを提案している。この技術によると、施工体内部の残留水分を強制排気することができる。

特開平６−３３１２８０号公報 特開２００５−２６２７３６号公報 特開平３−２１７７９１号公報 特開平１１−２９４９６３号公報

特許文献１の技術は、施工体の背面部の水蒸気は効率的に排気できるが、施工体の厚みが増すにつれて、厚み方向中央部の水蒸気が抜けにくくなるため、厚い施工体の乾燥には効果が発揮されにくい。

例えば、炉内面の内張りれんが脱落部分を不定形耐火物で埋める場合、炉内の軽微な減肉部を埋める場合に比べると、施工体を厚く形成することが必要である。この場合、特許文献１の技術では、亀裂等を生じさせずに施工体を乾燥させることが難しく、結果として不定形耐火物による補修を断念し、多大な労力と熟練を要する耐火れんがの張替えを行わざるを得なかった。

特許文献２の技術は、不定形耐火物の施工体に穴部を形成するため、特許文献１の技術に比べると、施工体の厚さ方向中央部の水蒸気の抜けやすさは改善できるが、乾燥時間をさらに短縮できる技術が望まれている。

ところで、補修対象とする炉は、その構造から開放型と密閉型とに大別できる。開放型の炉とは、炉内面が外気に開放された炉をいい、例えば、取鍋やタンディッシュ等の溶融金属容器、あるいは出銑樋等が挙げられる。密閉型の炉とは、外殻をなす炉壁によって閉じられた内部空間をもつ炉をいい、例えば、熱風炉、高炉、脱ガス炉等が挙げられる。

特許文献１及び２の技術は、密閉型の炉に対しては、満足に適用できないという課題も有する。即ち、補修対象が密閉型の炉の場合、特許文献１の技術で中空パイプを通じて排気される水蒸気、及び特許文献２の技術で穴部を通じて排気される水蒸気は、いずれも炉内にこもることになるため、施工体の乾燥促進及び爆裂防止の効果が発揮されにくい。

本発明の目的の一つは、密閉型及び開放型を問わず、炉内に不定形耐火物を厚く施工する場合であっても、亀裂や爆裂の発生を抑えつつ施工体を速やかに乾燥させることができる補修技術を提供することである。

特許文献３及び４の技術は、補修対象とする炉が密閉型であっても、不定形耐火物の施工体を効率的に乾燥できるが、大掛かりな真空排気装置が必要になるという課題がある。大掛かりな装置を用いることなく簡易かつ迅速に補修作業を行える技術が望まれる。

本発明の他の目的は、密閉型の炉及び開放型の炉を問わず、炉内に形成した不定形耐火物の施工体を、大掛かりな設備を用いることなく乾燥させることができる補修技術を提供することである。

本発明の一観点によれば、（Ａ）炉内面の補修対象領域に、炉外に通じる貫通孔を形成し、その貫通孔に柱状中子を挿入し、これを炉内側へ突出させた状態で固定する工程と、（Ｂ）前記補修対象領域に、前記柱状中子の炉内側への突出長さ以下の厚みに不定形耐火物を施工する工程と、（Ｃ）前記貫通孔から前記柱状中子を取り除いて炉内外に連通する通気路を確保し、この状態で不定形耐火物の施工体を乾燥させる工程と、（Ｄ）前記通気路を閉塞する工程とを有する炉の補修方法が提供される。

炉内外に連通する通気路を施工体に確保した状態で、施工体を乾燥させることができるため、補修対象の炉がたとえ密閉型であっても、施工体内の水蒸気を効率的に炉外に逸散させることができる。通気路が炉外に貫通しているため、施工体の非稼動面側に水蒸気がこもることも防止でき、かつ乾燥に際して施工体の厚み方向に関する温度勾配も軽減できる。この結果、亀裂や爆裂の発生を抑えつつ施工体を速やかに乾燥させることができる。

また、真空排気装置等の大掛かりな装置を用いる必要がないので、補修作業を簡易に行うことができる。

熱風炉の部分横断面図である。 熱風炉の炉壁の部分縦断面図である。 柱状中子を示す斜視図である。 通気路まわりの縦断面図である。

図１に、熱風炉の部分概略図を示す。高炉の環状管１に通じる熱風本管２と、燃焼室３に通じる支管４との接続部分５の天井を補修する場合を例に挙げて、本発明の実施形態を説明する。

図２（ａ）〜（ｄ）は、図１の接続部分５の天井を構成する炉壁の部分縦断面図である。なお、図２には便宜的に水平な炉壁を示すが、実際には、図１の接続部分５の天井面は、ドーム状をなすように上に凸に湾曲している。

図２（ａ）に示すように、損耗や耐火れんがの脱落がない健全な部分の炉壁は、鉄皮１１の内側に、パーマ層１２、断熱層１３、及び耐火層１４がこの順に積層されてなる。パーマ層１２はキャスタブル耐火物よりなり、断熱層１３及び耐火層１４は耐火れんがよりなる。

以下、断熱層１３及び耐火層１４が脱落した領域（以下、補修対象領域という。）Ｓの補修手順について説明する。

まず、補修対象領域Ｓに、鉄皮１１及びパーマ層１２を貫通して炉外に通じる貫通孔１５を形成する。図２には、便宜上２つの貫通孔１５のみ示すが、貫通孔１５は補修対象領域Ｓ内に均等に分布するように適宜間隔をあけて多数形成することが好ましい。但し、補修対象領域Ｓが狭い場合は、貫通孔１５は一つであってもよい。

次に、各貫通孔１５に、健全な部分の炉壁の厚みよりも長い柱状中子１６を挿入し、これを炉内外両方に突出させた状態で固定する。柱状中子１６の固定の仕方は特に限定されないが、のちの抜き取りが容易となるように、例えば、炉外側からガムテープ等を用いて簡易的に行うことが好ましい。固定された柱状中子１６の、炉内側への突出長さは、健全な部分の炉壁の厚み以上である。

また、補修対象領域Ｓにハンガーれんが１７を取り付ける。ハンガーれんが１７は、鉄皮１１に固定された吊金物１７ａによって、パーマ層１２の表面から炉内側に突出した状態で固定される。ハンガーれんが１７を設ける目的は、補修対象領域Ｓに施工する不定形耐火物の脱落を防止することにある。ハンガーれんが１７の、パーマ層１２表面からの突出長さは、健全な部分の断熱層１３及び耐火層１４の合計の厚さ未満である。

なお、ハンガーれんが１７も、補修対象領域Ｓ内に均等に分布するように、適宜間隔をあけて複数配置することが好ましい。但し、補修対象領域Ｓが狭い場合や、浅い損耗部を補修する場合等は、ハンガーれんが１７は必須ではない。

図２（ｂ）に示すように、次に、補修対象領域Ｓにおけるパーマ層１２の表面に、柱状中子１６及びハンガーれんが１７の外周面を覆うように第１の不定形耐火物を施工し、断熱層１３と同等又は近似する断熱特性をもつ第１の施工体１８を形成する。第１の施工体１８の厚みは、健全な部分の断熱層１３の厚みと等しい。第１の施工体１８の形成後は、その表面をならすトリミング作業を行うことが好ましい。

なお、柱状中子１６及びハンガーれんが１７の少なくともいずれか一方の外周面の、健全な部分の断熱層１３と耐火層１４との境界に対応する位置に印を付しておけば、その印の位置の高さまで第１の不定形耐火物を施工すればよいので、補修対象領域Ｓがドーム状に湾曲していても第１の施工体１８を容易に均一な厚みで形成できる。

図２（ｃ）に示すように、次に、第１の施工体１８の表面に、柱状中子１６及びハンガーれんが１７の外周面を覆うように、健全な部分の耐火層１４と同じ厚みに第２の不定形耐火物を施工し、耐火層１４と同等又は近似する耐火度を有する第２の施工体１９を形成する。なお、第２の施工体１９の形成後は、その表面をならすトリミング作業を行うことが好ましい。

柱状中子１６の炉内側への突出長さが健全な部分の炉壁厚みよりも長い場合は、柱状中子１６の外周面の、健全な部分の耐火層１４の表面に対応する位置に印を付しておくと、その印の位置の高さまで第２の不定形耐火物を施工すればよいので、補修対象領域Ｓがドーム状に湾曲していても、第２の施工体１９を容易に均一な厚みで形成できる。

また、柱状中子１６又はハンガーれんが１７の炉内側への突出長さを健全な部分の炉壁厚みと一致させておくことによっても、柱状中子１６又はハンガーれんが１７の炉内側端部の位置まで第２の不定形耐火物を施工すればよいので同様の効果が得られる。

施工体１８及び１９の合計の厚みは、例えば４００ｍｍ以上と厚いが、ハンガーれんが１７を設けたことにより、ハンガーれんが１７によって第１及び第２の施工体１８及び１９が支持されるから、第１及び第２の施工体１８及び１９が、自重によって剥離したり脱落したりすることを防止できる。

なお、本実施形態においては、補修対象領域Ｓが天井面であるため、上述した第１及び第２の不定形耐火物の施工は、吹付けにより行なう。吹付け施工法は、乾式吹付け法と湿式吹付け法とに大別されるがいずれを用いてもよい。いずれにしても、補修対象領域Ｓからのだれ落ち防止のために、急結剤を用いることが好ましい。但し、補修対象領域Ｓへの不定形耐火物の施工法は特に吹付け法に限定されず、型枠を用いた流し込み施工法やスタンプ施工法等公知のあらゆる施工方法を用いることができる。

図２（ｄ）に示すように、次に、図２（ｃ）の各貫通孔１５から柱状中子１６を引き抜く。これにより、炉内外に連通する通気路２０が確保される。この状態で、施工体１８及び１９を乾燥させる。乾燥は、炉壁及び炉内雰囲気の残留熱で自然に行うことができるが、バーナやマイクロ波を用いた加熱による強制乾燥を併用してもよい。

以上説明したように、本実施形態によると、密閉構造をもつ熱風炉においても、施工体１８及び１９中に、炉内外に連通する通気路２０を確保した状態で乾燥させることができるため、施工体１８及び１９の厚み方向に関する温度勾配を軽減でき、施工体１８及び１９に亀裂や爆裂が生じることを防止しつつこれを乾燥させることができる。このため、例えば４００ｍｍ以上の厚い施工体１８及び１９の形成が可能となり、従来技術では耐火れんがの積替えを行わざるを得なかった深い補修対象領域Ｓも、不定形耐火物で補修することが可能となる。

また、炉外に通じる通気路２０を確保した状態で施工体１８及び１９を乾燥させることができるため、炉内に水蒸気がこもることを防止でき、施工体１８及び１９を速やかに乾燥させることができる。従って、短い工期で補修工事を終えることができ、熱風炉の休風時間を短縮することができる。

また、真空排気装置等の大掛かりな装置を用いる必要がないので、補修工事を簡易かつ安価に行うことができる。

図３（ａ）は、図２の柱状中子１６の斜視図である。柱状中子１６は、長さ方向一端から他端に亘るスリット３０ａが形成された中空筒状体３０よりなる。中空筒状体３０は、可撓性を有する素材よりなり、径方向に弾性的に変形可能である。

このため、図２（ａ）で、貫通孔１５の内径が柱状中子１６（中空筒状体３０）の外径よりやや小さくても、補修作業員の人手により、柱状中子１６を径方向に押圧しつつ装入することができ、また、装入後は中空筒状体３０の径が拡がろうとする弾性力で貫通孔１５に自ずと係止させることができる。

また、図２（ｃ）では、柱状中子１６を径方向に押圧し、その径を縮小させた状態で貫通孔１５から引抜けば、施工体１８及び１９との間に摩擦が生じることを防止できる。このため、施工体１８及び１９を厚く形成する場合であっても、小さな引抜き力で容易に柱状中子１６を引抜くことができ、補修作業員の要する労力を軽減できる。

図３（ｂ）に、柱状中子１６の他の例を示す。この中空筒状体３１は、図３（ａ）の中空筒状体３０の外周面の周方向両端部に重なりをもたせたものであり、図３（ａ）の中空筒状体３０による効果に加えて、さらに図２（ｂ）及び（ｃ）で不定形耐火物を施工する際に、中空筒状体３１内に不定形耐火物が進入することを防止できる等の効果を奏する。

なお、中空筒状体３０又は３１の素材は、可撓性を有する素材であれば特に限定されない。また、８０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。このような素材としては、例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の合成樹脂が挙げられる。

次に、施工体１８及び１９の乾燥を終えたのち、炉内外に連通する通気路２０を閉塞する。以下、図４を参照し、通気路２０を閉塞する手順を説明する。

図４（ａ）は、通気路２０の周囲の拡大縦断面図である。まず、ブリキ製の内板４０を、通気路２０に挿通させたステンレス製針金よりなる線材４１で炉外側から引張り、内板４０によって通気路２０の炉内側開口を閉塞した状態とする。線材４１には、例えばピアノ線やワイヤー等を用いてもよい。

なお、鉄皮１１における通気路２０の開口位置には、フランジ４２を設けておくことが好ましい。なお、フランジ４２は、例えば、図２（ａ）で貫通孔１５の形成後に設けてもよいし、予め鉄皮１１にフランジ４２を溶接し、このフランジ４２の内周面に沿って鉄皮１１をくり抜いて貫通孔１５を形成してもよい。

図４（ｂ）に示すように、次に、炉内側開口を内板４０で閉塞された通気路２０に、炉外側から第３の不定形耐火物４３を充填し、不定形耐火物４３の養生及び硬化後、通気路２０の炉外側開口であった部分、即ちフランジ４２の上面を円盤状の外板４４で閉塞する。このとき、外板４４に線材４１の端部を固定する。なお、外板４４は、鉄皮１１と同じ素材よりなり、鉄皮１１以上の厚みを有することが好ましい。

なお、第３の不定形耐火物４３には、例えば、図２（ｃ）の第２の施工体１９を構成する第２の不定形耐火物と同一のものを使用することができる。

熱風炉は、操業時に内部温度が１０００℃以上、例えば１４００℃程度になる。内板４０は、炉操業時の炉壁温度よりも融点の低い材料であるブリキ製であるため、操業時に溶融して第２の施工体１９の表面から除去される。このため、図４（ａ）の工程の後は、内板４０の除去のために補修作業員が炉内に残る必要がない。

なお、内板４０の素材としてブリキを採用したが、これに限らず、炉熱で溶融したり燃焼したりすることで消失する材料、例えば炉操業時の炉内温度よりも融点の低い金属、ベニヤ板等の木材、硬質紙板等の紙材、ベークライト（登録商標）等の樹脂を用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。

上記実施形態では、ハンガーれんが１７を用いたが、例えば、炉内に鉄皮１１が露出している部分等では、ハンガーれんが１７に代えてスタッドを用いることもできる。即ち、補修対象領域に露出した鉄皮にスタッドを溶接し固定する。但し、補修対象領域Ｓの面積が狭い場合には、ハンガーれんが１７やスタッドを用いなくてもよい。

本発明の補修方法は、補修対象領域が天井面である場合に限られず、底面や垂直面や傾斜面である場合にも適用することができる。補修対象領域に応じて、不定形耐火物の構成やその施工方法等を任意に選択することができる。

本発明の補修方法が適用される炉は、密閉型であっても開放型であってもよい。但し、本発明の補修方法は、密閉型の炉に適用する場合に特に意義が大きい。密閉型の炉においては、例えば特許文献２の技術を適用し、施工体に有底の穴部を複数形成したとしても、施工体の水分を炉外に排気することは困難であり、炉内に水蒸気がこもるため満足に乾燥促進効果が得られにくいが、本発明によれば、施工体中の水分を炉外に排気することができるため、施工体を効率的に乾燥させることができる。このため、従来、れんが張替えを行わざるを得なかった損耗の深い箇所も、不定形耐火物で補修することが可能となる。

本発明は、各種炉の補修に広く利用することができ、従来よりも短い工期で炉の補修を終えることができるため、炉の稼動率を向上できるといった効果を奏する。

１…環状管、２…熱風本管、３…燃焼室、４…支管、５…接続部分、１１…鉄皮、１２…パーマ層、１３…断熱層、１４…耐火層、１５…貫通孔、１６…柱状中子、１７…ハンガーれんが、１７ａ…吊金物、１８…第１施工体、１９…第２施工体、２０…通気路、３０,３１…中空筒状体、３０ａ…スリット、４０…内板、４１…線材、４２…フランジ、４３…不定形耐火物、４４…外板、Ｓ…補修対象領域。

Claims (4)

1. （Ａ）炉内面の補修対象領域に、炉外に通じる貫通孔を形成し、その貫通孔に柱状中子を挿入し、これを炉内側へ突出させた状態で固定する工程と、
   （Ｂ）前記補修対象領域に、前記柱状中子の炉内側への突出長さ以下の厚みに不定形耐火物を施工する工程と、
   （Ｃ）前記貫通孔から前記柱状中子を取り除いて炉内外に連通する通気路を確保し、この状態で前記不定形耐火物の施工体を乾燥させる工程と、
   （Ｄ）前記通気路を閉塞する工程と
   を有する炉の補修方法。
2. 前記工程（Ｄ）が、
   （Ｄ１）前記炉の操業時の熱で消失する内板を、前記通気路に挿通させた線材で炉外側から引張り、前記内板で前記通気路の炉内側の開口を塞いだ状態で、炉外側から前記通気路に不定形耐火物を充填する工程と、
   （Ｄ２）前記通気路の炉外側の開口であった部分を外板で塞ぎ、かつこの外板に前記線材の端部を固定する工程と
   を有する請求項１に記載の補修方法。
3. 前記工程（Ａ）が、前記柱状中子の外周面の、前記工程（Ｂ）で施工する不定形耐火物の施工厚さを示す位置に、印を付す工程を含む請求項１又は２に記載の補修方法。
4. 前記柱状中子として、可撓性をもつ材料よりなり、長さ方向にスリットが形成された中空筒状体を用いる請求項１〜３のいずれかに記載の補修方法。

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