JP2014214240A

JP2014214240A - コークス炉炉頂部の築炉方法

Info

Publication number: JP2014214240A
Application number: JP2013093281A
Authority: JP
Inventors: 太一本山; Taichi Motoyama; 和也岡西; Kazuya Okanishi; 輝雄中山; Teruo Nakayama
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-17
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP6056635B2

Abstract

【課題】ガス漏れ及び過剰放熱を抑制可能なコークス炉炉頂部の築炉方法を提供することを目的とする。【解決手段】煉瓦積みの際に一部の隣接する煉瓦をモルタルで接着する煉瓦積み工程と、その後の乾燥工程の後期に、残部の隣接する煉瓦をモルタルで接着するモルタル注入工程とを有し、前記煉瓦積み工程の際に、所定領域を避けて前記煉瓦を積み上げるとともに、前記所定領域を、前記モルタル注入工程においてモルタルを注入するモルタル注入孔として用いるコークス炉炉頂部の築炉方法であって、前記モルタル注入孔は、互いに向き合うコークス炉装入口煉瓦と中埋煉瓦との境界面の一部を内壁面としており、前記モルタル注入工程で、前記境界面をモルタルで接着することを特徴とするコークス炉炉頂部の築炉方法。【選択図】図５

Description

石炭を乾留するコークス炉は、レンガを積み上げることにより構成されている。コークス炉炉頂部においては、下部が乾留時に発生する高温ガスに、上部が大気に晒されるため、下部及び上部間における温度勾配が非常に大きくなる。また、コークス炉炉頂部からの放熱を抑制するために、珪石煉瓦、粘土煉瓦、断熱煉瓦等の様々な材質の煉瓦が使用されている。そのため、炉体煉瓦を昇温させた際に、材質間の熱膨張率の違いによって、コークス炉炉頂部に目地切れが発生して、炭化室と大気とが連通した状態となる。そのままコークス炉操業を開始すると、ガス漏れ、過剰放熱を起こすおそれがある。ここで、炉体煉瓦の昇温処理とは、コークス炉操業前に、コークス炉を構成する各種レンガを乾燥させる処理のことである。

コークス炉炉頂部に発生した目地切れは、モルタルを再注入することにより塞ぐことができる。

特開２００１−２００２５６号公報実開平５−８９４３７号公報特開２０１０−０２４３２０号公報

しかしながら、上述の方法では、目地切れが予想した位置とは異なる位置で発生する可能性があった。この場合、予測していない箇所へのモルタル注入が必要となり作業負荷が大きかった。

そこで、本願発明は、ガス漏れ及び過剰放熱を抑制可能なコークス炉炉頂部の築炉方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明は、（１）煉瓦積みの際に一部の隣接する煉瓦をモルタルで接着する煉瓦積み工程と、その後の乾燥工程の後期に、残部の隣接する煉瓦をモルタルで接着するモルタル注入工程とを有し、前記煉瓦積み工程の際に、所定領域を避けて前記煉瓦を積み上げるとともに、前記所定領域を、前記モルタル注入工程においてモルタルを注入するモルタル注入孔として用いるコークス炉炉頂部の築炉方法であって、前記モルタル注入孔は、互いに向き合うコークス炉装入口煉瓦と中埋煉瓦との境界面の一部を内壁面としており、前記モルタル注入工程で、前記境界面をモルタルで接着することを特徴とする。

（２）前記煉瓦積み工程の際に、前記境界面に、前記モルタル注入工程までに消滅するスペーサーを配置することを特徴とする（１）に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。

（３）前記モルタル注入孔は、さらに、フリュー煉瓦にも面していることを特徴とする（１）又は（２）に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。

（４）前記煉瓦積み工程は、前記コークス炉装入口煉瓦を煉瓦積みする第１工程と、前記中埋煉瓦を煉瓦積みする第２工程と、を含んでおり、前記スペーサーを、前記第１工程及び前記第２工程の間に前記コークス炉装入口煉瓦に貼り付けることを特徴とする（２）又は（３）に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。

本願発明によれば、ガス漏れ及び過剰放熱を抑制可能なコークス炉炉頂部の築炉方法を提供することができる。

コークス炉の一部における断面図である。炭化室と、この炭化室を挟む位置に設置される燃焼室との上部に位置するコークス炉炉頂部の斜視図である。図２のコークス炉炉頂部をＡ−Ａ´断面で切断した斜視図である。図２のコークス炉炉頂部をＢ−Ｂ´断面で切断した断面図である。コークス炉炉頂部の一部における概略斜視図である。図５のＺ１矢視図である。変形例１の概略斜視図である。

図１は、本実施形態のコークス炉炉頂部を備えたコークス炉の一部における概略断面図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに異なる直交三軸であり、これらの軸の定義は他の図面においても同様である。

コークス炉１は、炭化室１０、燃焼室２０及びコークス炉炉頂部３０を備える。炭化室１０及び燃焼室２０は、コークス炉１の炉幅方向であるＸ軸方向に交互に並設されている。炉幅方向に隣接する炭化室１０及び燃焼室２０は、炉壁４０によって仕切られている。燃焼室２０には、ガスポート５０が設けられており、このガスポート５０から供給される燃焼ガスが燃焼することによって燃焼室２０が加熱される。燃焼室２０の上部には、コークス炉炉頂部３０を貫通するフリュー孔２１が設けられており、このフリュー孔２１を介して、燃焼室２０内部の燃焼状況の点検、温度測定および燃焼調整のためのスライド煉瓦の開度操作などを行うことができる。

炭化室１０の上部には、コークス炉炉頂部３０を貫通する石炭装入口１１が形成されており、この石炭装入口１１を介して、炭化室１０の内部に石炭６０が装入される。炭化室１０の内部に装入された石炭６０は、燃焼室２０からの熱を受けて乾留され、コークスケーキ７０が生成される。

図２は、炭化室と、この炭化室を挟む位置に設置される燃焼室との上部に位置するコークス炉炉頂部の斜視図である。図３は、図２のコークス炉炉頂部をＡ−Ａ´断面で切断したときの斜視図である。図４は、図２のコークス炉炉頂部をＢ−Ｂ´断面で切断した断面図である。これらの図面を参照しながら、本実施形態の築炉方法によって築炉されたコークス炉炉頂部３０の概略構成について説明する。

コークス炉炉頂部３０は、炉頂タイル煉瓦３１と、中埋煉瓦３２と、コークス炉装入口煉瓦３３と、炭化室天井煉瓦３４と、フリュー煉瓦３５とを含む。炉頂タイル煉瓦３１は、コークス炉炉頂部３０の頂面に敷き詰められている。これらの炉頂タイル煉瓦３１によって形成される頂面の一部には、切り欠き形状部３１ａが形成されており、この切り欠き形状部３１ａには、石炭装入車が走行する軌条（不図示）を支持する支持フレーム１０１が配置されている。炉頂タイル煉瓦３１は、外気に露出しており、雨水に晒される。したがって、炉頂タイル煉瓦３１には、粘土煉瓦を用いることができる。

中埋煉瓦３２は、Ｙ軸方向に並ぶ石炭装入口１１に挟まれた領域に多数積み上げられており、隣接する中埋煉瓦３２は互いにモルタルによって接着されている。中埋煉瓦３２は、基本的には、断熱煉瓦３２ａ及び粘土煉瓦３２ｂから構成される。断熱煉瓦３２ａは、上端側が炉頂タイル煉瓦３１に接しており、下端側が粘土煉瓦３２ｂに接している。断熱煉瓦３２ａを、炉頂タイル煉瓦３１及び粘土煉瓦３２ｂの間に介在させることにより、炭化室１０の熱が外部に逃げにくくなり、省エネ操業を実施することができる。粘土煉瓦３２ｂは、上端側が断熱煉瓦３２ａに接しており、下端側が炭化室天井煉瓦３４に接している。

ただし、支持フレーム１０１を支持する部分には、断熱煉瓦３２ａではなく、粘土煉瓦３２ｂが配置される。石炭装入車の走行時に、支持フレーム１０１には大きな押し下げ力が加わるため、断熱煉瓦３２ａよりも衝撃荷重に対して強い粘土煉瓦３２ｂが用いられる。

炭化室天井煉瓦３４は、炭化室１０の頂面を形成しており、常に高温状態に晒される。そのため、炭化室天井煉瓦３４には、高温での容積安定性に優れる、珪石煉瓦が用いられる。

コークス炉装入口煉瓦３３は、上側から下側に向かって石炭装入口１１が末広がりとなるように斜め方向に積まれており、隣接するコークス炉装入口煉瓦３３は互いにモルタルによって接着されている。また、コークス炉装入口煉瓦３３は、隣接する中埋煉瓦３２等に対してもモルタルで接着されている。

フリュー煉瓦３５は、燃焼室２０の直上に積まれており、フリュー煉瓦３５の一部には、フリュー孔２１が形成されている。フリュー煉瓦３５は、Ｘ軸方向において中埋煉瓦３２、コークス炉装入口煉瓦３３及び炭化室天井煉瓦３４に隣接しており、これらの煉瓦３２〜３４に対してモルタルを用いて接着されている。

上昇管１０３は、炭化室１０で発生した乾留ガスを図示しないドライメーンより排出・回収し、炭化室１０の内圧上昇を抑制する。

上述のコークス炉炉頂部３０は、目地切れが少なく、ガス漏れリスクの非常に小さい構造となっている。図５は、コークス炉炉頂部の一部における概略斜視図であり、実線が中埋煉瓦３２を積み上げる中埋煉瓦積上領域Ａを示しており、一点破線がコークス炉装入口煉瓦３３を示しており、ハッチングが注入孔ダクトＢを示している。図６は、図５のＺ１矢視図であり、説明の便宜上、中埋煉瓦３２及びフリュー煉瓦３５をそれぞれ点線及び二点破線で図示している。この構造を実現するための築炉方法について図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。

ここで、注入孔ダクトＢを挟んで中埋煉瓦積上領域Ａと向き合うコークス炉装入口煉瓦３３の外面を境界面Ｔ１（境界面の一部に相当する）、注入孔ダクトＢを挟まずに中埋煉瓦積上領域Ａと向き合うコークス炉装入口煉瓦３３の外面を境界面Ｔ２と称するものとする（図６参照）。また、注入孔ダクトＢを挟んでコークス炉装入口煉瓦３３と向き合う中埋煉瓦３２の外面を境界面Ｓ１（境界面の一部に相当する）、注入孔ダクトＢを挟まずにコークス炉装入口煉瓦３３と向き合う中埋煉瓦３２の外面を境界面Ｓ２と称するものとする（図６参照）。

最初に、作業者は、モルタルで隣接する炭化室天井煉瓦３４を接着しながら、炭化室天井煉瓦３４を敷設する（煉瓦積み工程に相当する）。炭化室天井煉瓦３４が敷設されると、作業者は、隣接するコークス炉装入口煉瓦３３をモルタルで接着しながら、コークス炉装入口煉瓦３３を積み上げる（第１工程に相当する）。また、作業者は、隣接するフリュー煉瓦３５をモルタルで接着しながら、フリュー煉瓦３５を積み上げる（煉瓦積み工程に相当する）。

コークス炉装入口煉瓦３３を積み上げた後、作業者は、中埋煉瓦積上領域Ａと対向するコークス炉装入口煉瓦３３の境界面Ｔ１及びＴ２にスペーサーを貼り付ける。スペーサーには、厚み０．１ｍｍ以下のクラフト紙を用いることができる。

スペーサーが貼り付けられた後、作業者は、隣接する略直方体形状の中埋煉瓦３２をモルタルで接着するとともに、注入孔ダクトＢの設置領域を避けながら中埋煉瓦３２を積み上げる（第２工程に相当する）。つまり、煉瓦積みを行う煉瓦積み工程では、Ｙ軸方向において隣り合う中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３の接着処理は実施されない。かつ、Ｘ軸方向において隣り合う中埋煉瓦３２及びフリュー煉瓦３５の接着処理は実施されない。

注入孔ダクトＢは、ダクト長手方向に対して直交する直交方向の断面形状が矩形に形成されている。断面形状が矩形の注入孔ダクトＢであれば、煉瓦の加工性を損なうことなく、築造することができる。また、注入孔ダクトＢがダクト形状で構成されることにより、モルタルの注入が容易となる。

ここで、上述したように、スペーサーは、中埋煉瓦３２を積み上げる前にコークス炉装入口煉瓦３３の境界面Ｔ１及びＴ２に貼り付けられている。隣接する中埋煉瓦３２をモルタルで接着する際には、注入したモルタルは、このスぺーサーによって堰き止められ、中埋煉瓦３２とコークス炉装入口煉瓦３３との間には回り込まない。これにより、これらの煉瓦３２、３３との接着が防止できる。

煉瓦積み工程が完了すると、積み上げられた中埋煉瓦３２等に含まれる水分を除去するために、コークス炉を昇温する乾燥工程が実施される。この乾燥工程は、コークス炉を築炉する築炉工程の一部として実施されるものであり、石炭を乾留してコークスを製造するコークス炉操業に先立って、コークス炉を約１２００℃まで昇温するものである。炭化室天井煉瓦３４を構成する珪石煉瓦は、急激に温度上昇させると、破損するおそれがあるため、乾燥工程における昇温速度は珪石煉瓦の破損を抑制する観点から適宜の低い昇温速度に設定される。

乾燥処理が開始されるとコークス炉炉頂部３０を構成する各煉瓦の熱膨張が起こる。炭化室天井煉瓦３４を構成する珪石煉瓦は、中埋煉瓦３２を構成する断熱煉瓦３２ａ及び粘土煉瓦３２ｂより、低温では熱膨張率が大きいために、炉頂部に熱応力が発生する。この熱応力によりモルタル接着面で亀裂が発生するが、全ての煉瓦を予めモルタルで接着する従来法では、この亀裂の発生場所を予め特定することは困難である。

このように発生した亀裂は、見落とされたり、モルタル再注入が非常に難しい場所であったりする。また、目地切れ箇所が散在すると、個々の目地切れ幅が比較的小さくなることも、モルタル注入作業を難しくしている。

これに対して、本実施形態では、中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３の境界面Ｔ１、Ｔ２、Ｓ１及びＳ２を接着しない状態で乾燥工程を実施しているため、これらの煉瓦が他の煉瓦の乾燥時の歪を吸収するように微動するのが許容され、所定外の箇所での目地切れを起こりにくくすることができる。また、本実施形態では、乾燥時に最も目地切れが起こりやすい熱膨張率が互いに異なる煉瓦（中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３）を非接着としているため、より効果的に目地切れを抑制することができる。これにより、石炭乾留時にコークス炉炉頂部３０から乾留ガスが漏れ出したり、異常な熱放散が発生することを防止できる。

さらに、スペーサーを境界面Ｔ１及びＴ２に敷設すると、前記非接着効果が明確に得られだけでなく、乾燥工程においてスペーサーが消滅して生成する隙間が加わって、より所定外の目地切れを起こりにくくすることができ、かつ前記境界面で亀裂を大きくする。この効果により、次に説明するモルタル注入をより確実なものとする。

モルタル注入作業は、乾燥工程の後期、コークス炉のガス着火温度に到達した後の煉瓦の膨張変化が少ないタイミングで実施する。通常、この温度は、珪石煉瓦の膨張率が低下する温度で、たとえば８００℃前後である。これにより、モルタルを注入時の煉瓦の熱膨張等によって目地切れなどが発生することを抑制できる。

モルタルは、注入孔ダクトＢから注入する。モルタル注入は、例えば、如雨露を用いて手作業で実施することができる。モルタルには、例えば、日本特殊炉材製ＡＬＭＵＰ符号ＺＭＷN25-SXXを用いることができる。注入されたモルタルは、Ｙ軸方向において対向する中埋煉瓦３２とコークス炉装入口煉瓦３３との境界面に流れ込み、これらの煉瓦３２、３３を接着する。すなわち、注入ダクトＢに注入されたモルタルによって、中埋煉瓦３２の境界面Ｓ１及びコークス炉装入口煉瓦３３の境界面Ｔ１が互いに接着される。さらに、注入ダクトＢに注入されたモルタルが中埋煉瓦３２の境界面Ｓ２及びコークス炉装入口煉瓦３３の境界面Ｔ２の間に流入して、これらの境界面Ｓ２及びＴ２を接着することができる。

また、乾燥工程の際に、スペーサーが消滅することにより隙間が形成されるため、中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３の間にモルタルが流入しやすくなる。したがって、例えば、粘性の高いモルタルを注入することも可能であり、モルタルの材料選択の自由度を高めることができる。

また、注入孔ダクトＢから注入されたモルタルは、Ｘ軸方向において対向する中埋煉瓦３２及びフリュー煉瓦３５の隙間にも流入して、これらの煉瓦３２、３５が固着される。一度の注入工程で、中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３の接着処理と、中埋煉瓦３２及びフリュー煉瓦３５の接着処理とが完了するため、接着工程を簡素化することができる。つまり、本実施形態では、注入孔ダクトＢが、互いに向き合う中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３に挟まれた領域であって、かつ、フリュー煉瓦３５に面する領域に形成されているため、目地切れ発生を効果的に防止しながら、接着工程を簡素化することができる。

モルタル注入工程が完了すると、炉頂タイル煉瓦３１をコークス炉炉頂部３０の頂面に敷き詰める。炉頂タイル煉瓦３１についても、隣接する煉瓦がモルタルにより接着される。

（変形例１）
上述の実施形態では、注入ダクトＢを、中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３が対向する領域であって、かつ、フリュー煉瓦３５に面する領域に形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図７を参照して、注入孔ダクトＢは、中埋煉瓦３２及びコークス炉装入口煉瓦３３が対向する領域であって、かつ、フリュー煉瓦３５に面しない領域に形成することもできる。

（変形例２）
上述の実施形態では、略直方体形状の中埋煉瓦３２を注入孔ダクトＢが形成される領域を避けて積み上げることにより、注入孔ダクトＢを形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、注入孔ダクトＢに対応した開口部を有する中埋煉瓦３２を予め準備しておき、この中埋煉瓦３２を積み上げることにより、注入孔ダクトＢを形成してもよい。

１・・・コークス炉１０・・・コークス炉炭化室
１１・・・石炭装入口２０・・・燃焼室２１・・・フリュー孔３０・・・コークス炉炉頂部３１・・・炉頂タイル煉瓦
３２・・・中埋煉瓦３２ａ・・・断熱煉瓦
３２ａ・・・粘土煉瓦３２ｂ３２ｂ・・・粘土煉瓦
３３・・・コークス炉装入口煉瓦３４・・・炭化室天井煉瓦
３５・・・フリュー煉瓦

Claims

煉瓦積みの際に一部の隣接する煉瓦をモルタルで接着する煉瓦積み工程と、その後の乾燥工程の後期に、残部の隣接する煉瓦をモルタルで接着するモルタル注入工程とを有し、
前記煉瓦積み工程の際に、所定領域を避けて前記煉瓦を積み上げるとともに、前記所定領域を、前記モルタル注入工程においてモルタルを注入するモルタル注入孔として用いるコークス炉炉頂部の築炉方法であって、
前記モルタル注入孔は、互いに向き合うコークス炉装入口煉瓦と中埋煉瓦との境界面の一部を内壁面としており、
前記モルタル注入工程で、前記境界面をモルタルで接着することを特徴とするコークス炉炉頂部の築炉方法。
前記煉瓦積み工程の際に、前記境界面に、前記モルタル注入工程までに消滅するスペーサーを配置することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。
前記モルタル注入孔は、さらに、フリュー煉瓦にも面していることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。
前記煉瓦積み工程は、前記コークス炉装入口煉瓦を煉瓦積みする第１工程と、前記中埋煉瓦を煉瓦積みする第２工程と、を含んでおり、
前記スペーサーを、前記第１工程及び前記第２工程の間に前記コークス炉装入口煉瓦に貼り付けることを特徴とする請求項２又は３に記載のコークス炉炉頂部の築炉方法。