JP2019168159A - コークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法及びそれに使用する吹付け材料 - Google Patents

Abstract

【課題】材料供給機から先端吹付けノズルに至る材料搬送管に注水器を設け、この注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に施工水を注水するコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法において、その吹付け施工の安定性を向上させるとともに均し作業の作業性を向上させる。【解決手段】材料供給機１から先端吹付けノズル４に至る材料搬送管５に注水器７を設け、この注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に施工水を注水するコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法において、注水器７に導入される施工水を搬送するための施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）と、吹付け材料を搬送するための吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／吹付け材料搬送用ガスの流量）を０．０７以上２以下とし、かつ、吹付け材料の圧縮度を１５％以上３２％以下とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉炭化室用の不定形耐火物の吹付け施工方法、及びそれに使用する吹付け材料に関する。

まず、一般的な不定形耐火物の吹付け施工方法について説明すると、その吹付け施工方法は湿式施工方法と乾式施工方法とに大別できる。
湿式施工方法は施工水を予め材料へ添加して混練しスラリー状とした吹付け材料を圧送して先端吹付けノズル部において急結剤等を添加して吹付ける工法である。他方、乾式施工方法は吹付け材料を乾燥状態でガス搬送し、先端吹付けノズル部で施工水を注水して吹付ける工法である。

湿式施工方法は乾式施工方法に比べて付着性に優れた緻密質の耐火物の吹付け施工体を形成することができ、施工に際しての発塵量が少ない等の効果がある。反面、吹付けに際して混練装置やスラリー圧送装置が必要で、その上、装置の構造が複雑で高価であり、また、吹付け作業後はスラリー状の吹付け材料が混練装置や搬送ホース内に付着し、その洗浄作業に手間取るという欠点がある。

これに対して、乾式施工方法は、基本的には乾燥状態でガス搬送された吹付け材料に先端吹付けノズル部で、施工水を注水するのみであるので、吹付け装置は簡単で作業性に優れているが、吹付け材料に水分（施工水）が十分に混合されない状態での吹付けであるため、吹付けに際して、粉塵が多く発生し、吹付け施工体の耐火物組織も不均一となる傾向があり、付着率、接着強度及び耐食性も劣ったものとなる。湿式施工方法と比較すると混練効果が低く施工水量が多いため緻密な吹付け施工体が得られにくいという欠点もある。

そこで、乾式施工方法の改良として、材料供給機から先端吹付けノズルに至る材料搬送管に２つの注水器を設け、それぞれの注水器から平均１００μｍ以下の微粒化水を圧縮空気と共に注水する吹付け施工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、本発明者らがこの吹付け施工方法による吹付け施工を数多く実施したところ、吹付け材料の吐出量が変動したり、吹付け材料と施工水とが分離したりする現象が散見され、吹付け施工の安定性に改善の余地があることがわかった。

一方、コークス炉炭化室の損傷箇所への不定形耐火物の吹付け施工においては、１人が吹付けを行い、もう１人が吹付け材料を平滑化するための均し作業を行う。そのため、コークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法においては、吹付けた吹付け材料の均しやすさも求められる。

特許第４３７７９１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、材料供給機から先端吹付けノズルに至る材料搬送管に注水器を設け、この注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に施工水を注水するコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法において、その吹付け施工の安定性を向上させるとともに均し作業の作業性を向上させることにある。

本発明者らは、まず吹付け施工の安定性を向上させるには吹付け材料に対する施工水の混水性と吹付け材料の搬送性を向上させることが重要と考え試験を重ねたところ、注水器に導入される施工水を搬送するための施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と、吹付け材料を搬送するための吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比、及び吹付け材料の圧縮度が、前述の混水性及び搬送性を向上させ、ひいては吹付け施工の安定性を向上させるための重要なパラメータであることを知見した。さらに、均し作業の作業性を向上させる観点から試験を重ねたところ、この均し作業の作業性を向上させる観点からも吹付け材料の圧縮度が重要なパラメータであることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の一観点によれば次の吹付け施工方法が提供される。
材料供給機から先端吹付けノズルに至る材料搬送管に注水器を１つのみ設け、この注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に注水するコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法であって、
前記注水器に導入される施工水を搬送するための施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と、吹付け材料を搬送するための吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／吹付け材料搬送用ガスの流量）が０．０７以上２以下であり、かつ、前記吹付け材料の圧縮度が１５％以上３２％以下である、コークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法。

また、本発明の他の観点によれば、本発明のコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法に使用する吹付け材料であって、圧縮度が１５％以上３２％以下である吹付け材料が提供される。

本発明によれば、吹付け施工の際、吹付け材料に対する施工水の混水性と吹付け材料の搬送性が向上し、その結果、吹付け施工の安定性が向上する。また、本発明によれば、均し作業の作業性も向上する。

本発明の吹付け施工方法を実施するための吹付け装置の一例を示す概念図。 実施例及び比較例で吹付け対象としたシャモットれんがの概念的な断面図。

まず、本発明の吹付け施工方法を実施するための吹付け装置の一例を、図１を参照しつつ説明する。

図１において、１は吹付け材料２が収納された材料供給機を示す。材料供給機１は、一般に不定形耐火物の吹付け装置に使用されているもので定量吐出できるものであれば、ロテクターガン、リードガン、野上セメントガン等のいかなるタイプのものでも問題なく使用することができる。

この材料供給機１内の吹付け材料２は、材料供給機１内に供給される圧縮空気等のガスによって内圧が調整され、下端に設けられたモータＭによって駆動するテーブルフィーダー３によって、材料供給機１から先端吹付けノズル４に至る材料搬送管５に供給される。

材料搬送管５にはテーブルフィーダー３の吹付け材料搬送用ガス導入管６を通して吹付け材料搬送用ガスが供給され、材料供給機１からの吹付け材料２を材料搬送管５の先端吹付けノズル４からコークス炉炭化室Ａに吹付け施工する。

この材料搬送管５には、先端吹付けノズル４の近傍に注水器７が１つのみ設けられている。コークス炉での吹付け施工は、作業者が先端吹付けノズル４を持って行う手作業が主流であるので、先端吹付けノズル４近傍の構造はシンプルかつ軽量である必要がある。このため、注水器の数は１つに限定している。

注水器７からは、材料搬送管５内を搬送される吹付け材料２に施工水が施工水搬送用ガスと共に供給される。注水器７の構成は特に限定されず、材料搬送管５内に施工水を施工水搬送用ガスと共に供給（注水）できるものであればよい。注水器７からは、施工水が施工水搬送用ガスと共に注水されるから、その施工水は、いわゆる噴霧水（微粒化水）となる。
注水器７を設ける位置は、先端吹付けノズル４先端から０．５ｍ以上５ｍ未満の範囲が好ましく、より好ましくは、０．５ｍ以上３ｍ未満である。なお、先端吹付けノズル４の長さは、概ね１ｍ以上１０ｍ以下である。

本発明において使用する吹付け材料搬送用ガス及び施工水搬送用ガスは、典型的には空気（圧縮空気）であるが、例えば窒素（圧縮窒素）等の他のガスを使用することもできる。また、使用するガスの圧力は、概ね０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲とすることができる。

次に、図１の吹付け装置を使用する形態により、本発明の吹付け施工方法を説明する。
本発明の吹付け施工方法の第一の特徴は、注水器７に導入される施工水を搬送するための施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と、吹付け材料を搬送するための吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／吹付け材料搬送用ガスの流量）（以下「搬送用ガス流量比」という。）を０．０７以上２以下とすることにある。この搬送用ガス流量比を０．０７以上２以下とすることで、施工水の混水性と吹付け材料の搬送性が向上し、吹付け施工の安定性が向上する。
これに対して搬送用ガス流量比が０．０７未満であると、吹付け材料搬送用ガスの流量が多いので、吹付け材料を搬送する材料搬送管５の中心部まで施工水が届かず、混水性が悪くなる。
一方、搬送用ガス流量比が２を超えると、施工水搬送用ガスの流量が多いので、吹付け材料搬送用ガスとの間で乱流が生じ、その結果、注水器７近傍での吹付け材料の付着や、さらにはその上流側の材料搬送管５にも吹付け材料の付着が生じ、吹付け材料の搬送性が低下する。
この搬送用ガス流量比は、０．１以上１以下であることが好ましい、

本発明の吹付け施工方法の第二の特徴は、吹付け材料として圧縮度が１５％以上３２％以下のものを使用することにある。言い換えれば、圧縮度が１５％以上３２％以下となるように粒度構成等を調整した吹付け材料を使用するということである。ここで圧縮度とは、次式により求められるものである。
圧縮度（％）＝（密充填嵩密度−疎充填嵩密度）／密充填嵩密度×１００
なお、詳細は後述するが、本発明で使用する吹付け材料は耐火原料粉末に加えて繊維を含有することがあるところ、繊維を含有する場合、圧縮度の評価（密充填嵩密度及び疎充填嵩密度の測定）は、繊維を除いた状態で実施するものとする。すなわち、吹付け材料が繊維を含有する場合、本発明でいう圧縮度とは、繊維を除いた吹付け材料について評価したものをいう。

吹付け材料は施工水が添加されると、施工水と接触した粉末がスラリー化し粘性が高くなる傾向にあるところ、圧縮度が３２％を超える吹付け材料は、静置状態でも多量の空気を含むため、施工水搬送用ガスの外力等により凝集しやすい。さらに、施工水の添加により部分的なスラリー粘性が高くなるため、ますます凝集が加速化し、施工水が均一に湿潤せず混水性が低下する。凝集が著しい場合は、吹付け材料が材料搬送管５内に固着して閉塞の要因となり、搬送性の低下を招くことになる。
一方、吹付け材料の圧縮度が１５％未満であると、吹付けられた吹付け材料が低粘化（さらさら）しすぎるため均し作業の際、コークス炉炭化室から剥落しやすくなり、結果として均し作業の作業性が低下する。
この圧縮度は１８％以上２５％以下であることが好ましい。

本発明の吹付け施工方法において、施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と施工水量（ｍ^３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／施工水量）（以下「ガス・施工水量比」という。）は１００以上１０００以下とすることが好ましい。このガス・施工水量比を１００以上１０００以下とすることで、施工水の混水性及び吹付け材料の搬送性、さらには吹付け施工の安定性が向上する。このガス・施工水量比は２５０以上８００以下であることがさらに好ましい。

本発明の吹付け施工方法において、吹付け材料の吐出量（ｋｇ／ｍｉｎ）と搬送用ガスの合計流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比（吹付け材料の吐出量／搬送用ガスの合計流量）（以下「固気比」という。）は１以上２０以下とすることが好ましい。この固気比を１以上２０以下とすることで、施工水の混水性及び吹付け材料の搬送性、さらには吹付け施工の安定性が向上する。
なお、この固気比の計算に用いる「搬送用ガスの合計流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）」とは、吹付け材料搬送用ガス導入管６からの吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と、注水器７からの施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の合計流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）のことをいう。

本発明の吹付け施工方法で使用する吹付け材料の粒度構成は、粒径０．５ｍｍ超４ｍｍ以下の粒子の含有量が２０質量％以上５０質量％以下、粒径４５μｍ以下の粒子の含有量が１０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい、これは均し作業の作業性を向上させるとともに、吹付け材料の充填性を向上させるためである。すなわち、コークス炉炭化室の損傷箇所には亀裂状の損傷（微亀裂）が存在することがあることから、その微亀裂への吹付け材料の充填されやすさも求められる。
粒径４５μｍ以下の粒子の含有量が４０質量％を超えると、吹付けられた吹付け材料の粘性が高くなり均し作業時の作業負荷が大きくなる。一方、粒径４５μｍ以下の粒子の含有量が１０質量％未満であると、均し作業時において微亀裂（数ミリレベルの幅）に吹付け材料が充填されにくくなる。
また、粒径０．５ｍｍ超４ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％を超えると、粘性が低下して均し作業の際、コークス炉炭化室から剥落しやすくなる。一方、粒径０．５ｍｍ超４ｍｍ以下の粒子の含有量が２０質量％未満であると、粘性が高くなり均し作業時の作業負荷が大きくなる。
なお、この粒度構成は、吹付け材料の圧縮度を１５％以上３２％以下としやすい点からも好ましい。
ここで、本発明において、粒子の粒径がｄ超とは、その粒子が目開きｄの篩上に残る粒度であることを意味し、粒子の粒径がｄ以下とは、その粒子が目開きｄの篩を通過する粒度であることを意味する。

本発明の吹付け施工方法で使用する吹付け材料は、耐火性粉末に加えて、結合剤、分散剤、急結剤といった添加剤を適宜含有し混合したものとすることができる、また、添加剤と共に繊維を含有することもできる。

耐火性粉末としては、一般的にコークス炉炭化室用不定形耐火物に使用される耐火性粉末であれば問題なく使用することができ、具体的には、シリカ質、アルミナ−シリカ質が挙げられる。

結合剤としては、消石灰、アルミナセメント、マグネシアセメント、リン酸塩、ケイ酸塩などが挙げられ、これらのうち１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

分散剤は解こう剤とも称され、吹付け材料の流動性を付与する効果をもつ。この分散剤としては、一般的な不定形耐火物で使用されているものであれば問題なく使用することができる。具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリメタリン酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸、カルボキシル基含有ポリエーテル系分散剤等である。

急結剤は施工水の存在下で結合剤と反応し、吹付け材料を急速に硬化させ、吹付け材料に付着性を付与する。急結剤は粉末状態で吹付け材料に当初から混入させておくほか、急結剤を先端吹付けノズル４又は注水器７より添加してもよい。急結剤を先端吹付けノズル４又は注水器７より添加する場合は、必要により急結剤を水で希釈した液状で使用する。
急結剤の具体例を挙げると、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどのケイ酸塩、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムなどのアルミン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムなどの硫酸塩、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２などのカルシウムアルミネート類、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウムなどのカルシウム塩などである。

繊維は、通常の不定形耐火物で爆裂防止等の目的で使用されている繊維を使用することができ、例えば、ビニロン、ナイロン、ＰＶＡ、ポリビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、炭素等である。

表１に、本発明の実施例及び比較例を示している。
吹付け材料は、耐火性粉末としてアルミナ−シリカ質粉末、結合剤として消石灰、及び分散剤としてケイ酸塩を所定の割合で混合したものとし、この吹付け材料を図１の吹付け装置にて、コークス炉炭化室の損傷箇所を模したシャモットれんがに対し吹付け、均し作業を行った。吹付け施工時、吹付け対象であるシャモットれんがは５００℃に予熱した。
評価としては、吹付け施工時に混水性と搬送性を評価するとともに、均し作業の作業性と吹付け材料の充填性を評価し、これらの評価結果に基づいて総合評価を行った。
なお、搬送用ガス及び吹付け材料搬送用ガスの圧力は０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲とした。

混水性は、先端吹付けノズル４からの吹付けの状態を目視で観察し、施工水と吹付け材料の分離の程度により評価した。この分離の程度が小さいほど混水性に優れるということである。具体的には、分離がない場合を○（優）、分離が小さい場合を△（良）、分離が大きい場合を×（不良）とした。

搬送性は、先端吹付けノズル４からの吹付けの状態を目視で観察し、吹付け材料の吐出量の変動の程度により評価した。この吐出量の変動の程度が小さいほど搬送性に優れるということである。具体的には、吐出量の変動がない場合を○（優）、吐出量の変動が若干ある場合を△（良）、吐出量の変動が大きい場合を×（不良）とした。

均し作業の作業性は、均し作業時の均しやすさによって評価した。具体的には、均し作業時に抵抗が少なく容易に均すことができる場合を○（優）、抵抗が若干大きいが均すことはできる場合を△（良）、抵抗が大きく均すことが困難な場合を×（不良）とした。

吹付け材料の充填性は、均し作業後に、吹付け対象であるシャモットれんがを図２に示すように切断し、この切断面における損傷箇所への吹付け材料の充填面積率によって評価した。具体的には、充填面積率が８０％以上の場合を○（優）、充填面積率が６０％以上８０％未満の場合を△（良）、充填面積率が６０％未満の場合を×（不良）とした。

総合評価は、前記の各評価において、全てが○（優）の場合を○（優）、いずれかに△（良）があり、かつ×（不良）がない場合を△（良）、いずれかに×（不良）がある場合を×（不良）とした。

表１の実施例１〜１４はいずれも、搬送用ガス流量比が０．０７以上２以下、かつ吹付け材料の圧縮度が１５％以上３２％以下と本発明の範囲内にあり、各評価において×（不良）の評価はなく良好であり、総合評価も良好であった。

一方、比較例１は、吹付け材料の圧縮度が１０％と小さい例である。均し作業の作業性が悪く、充填性も悪かった。

１ 材料供給機
２ 吹付け材料
３ テーブルフィーダー
４ 先端吹付けノズル
５ 材料搬送管
６ 吹付け材料搬送用ガス導入管
７ 注水器
Ａ コークス炉炭化室

Claims (6)

1. 材料供給機から先端吹付けノズルに至る材料搬送管に注水器を１つのみ設け、この注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に注水するコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法であって、
   前記注水器に導入される施工水を搬送するための施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と、吹付け材料を搬送するための吹付け材料搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／吹付け材料搬送用ガスの流量）が０．０７以上２以下であり、かつ、前記吹付け材料の圧縮度が１５％以上３２％以下である、コークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法。
2. 前記施工水搬送用ガスの流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）と施工水量（ｍ^３／ｍｉｎ）との比（施工水搬送用ガスの流量／施工水量）が１００以上１０００以下である、請求項１に記載のコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法。
3. 吹付け材料の吐出量（ｋｇ／ｍｉｎ）と搬送用ガスの合計流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）との比（吹付け材料の吐出量／搬送用ガスの合計流量）が１以上２０以下である、請求項１又は２に記載のコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法。
4. 吹付け材料中における粒径０．５ｍｍ超４ｍｍ以下の粒子の含有量が２０質量％以上５０質量％以下であり、粒径４５μｍ以下の粒子の含有量が１０質量％以上４０質量％以下である、請求項１から３のいずれかに記載のコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のコークス炉炭化室用不定形耐火物の吹付け施工方法に使用する吹付け材料であって、圧縮度が１５％以上３２％以下である、吹付け材料。
6. 粒径０．５ｍｍ超４ｍｍ以下の粒子の含有量が２０質量％以上５０質量％以下であり、粒径４５μｍ以下の粒子の含有量が１０質量％以上４０質量％以下である、請求項５に記載の吹付け材料。

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