JP2957069B2 - カーボン煉瓦ライニングの構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉、電炉、アルミニ
ウム電解炉等の大型高熱炉のライニングにカーボン煉瓦
を用いて構築する場合のカーボン煉瓦ライニングの構築
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高炉、電炉、アルミニウム電解
炉等の大型高熱炉は、一度操業を開始すると補修するこ
とはできず、補修が必要な場合には休止して解体した
後、巻き替え等の作業を行うことになる。このような高
熱炉の休止は、膨大な損失となるため、高熱炉の寿命の
延長を図る必要がある。

【０００３】このため、大型高熱炉は、寿命の延長手段
として、鉄製炉殻の底面及び内部壁面に沿って、断熱、
耐火、耐食性を有するライニングが設けられている。ラ
イニングとしては、近年は耐熱、耐食性に優れたカーボ
ン煉瓦が使用されている。これは、例えば大型高炉の場
合には、形状及び寸法の異なる数百のカーボン煉瓦単体
を組み合わせることにより構築されている。このような
ライニングは、まず、カーボン煉瓦の製造工場におい
て、カーボン素材を機械により加工し、所定の寸法精度
のカーボン煉瓦単体が仕上げられる。次に、カーボン煉
瓦単体間に厚紙スペーサを挟み、または挟まずに順次組
み合わせて、カーボン煉瓦単体の空積みによる仮組立を
行う。

【０００４】この仮組立は、例えば湯溜り部において
は、まず、ガーボン煉瓦単体６０〜１００本を敷き並べ
て外径１０〜１９ｍの巨大リングを形成する。次に、こ
のリング径を製作仕様書の寸法と合致するように調整す
る。この時、必要とあれば、調整用カーボン煉瓦単体
（調整単体）を製作して、前記巨大リングに挿入し、こ
れにより、リング径が所望の寸法となる１段目を完成さ
せる。これを複数段繰り返すことにより、製作仕様書の
寸法と合致した仮組立を完成させる。

【０００５】前記仮組立の完成後は、寸法等の確認及び
検査を行う。合格したら、前記仮組立に使用されたカー
ボン煉瓦単体及び調整単体を高炉の設置場所に出荷す
る。なお、仮組立時に使用する厚紙スペーサは、カーボ
ン煉瓦単体を接着するときの所要の接合層の厚さに相当
するものを使用する。

【０００６】高炉の設置場所では、カーボン煉瓦単体を
実際の高炉（実炉）内に搬入する。実炉内では、カーボ
ン煉瓦単体の接合面にカーボン接着剤を塗布して接着
し、接着剤からなる接合層の厚さを調整しながら、順次
カーボン煉瓦単体が組み合わされた本組立を行う。この
時、組立寸法は設計寸法と合致するように構築される。
なお、上述の一連の工程は高炉に限らず、組立寸法に高
い精度が要求される各種の大型高熱炉のカーボン煉瓦ラ
イニングの構築に適用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、次のような問題点がある。すなわち、上述のカ
ーボン煉瓦からなるライニングの構築工程において、仮
組立及び実炉内での本組立に際しては、接合層の厚さの
管理が重要となる。この接合層の厚さは、通常０．５〜
１．０ｍｍの厚さが要求される。そして、接合層の厚さ
が不均一になると、組立寸法が不正確となり、操業成績
や炉の寿命にも影響する。このため、仮組立及び本組立
に際しては、接合層の厚さの管理に多くの時間と工数が
費やされている。特に、実炉内での本組立では、狭い場
所で且つ限られた日程でカーボン接着剤の塗布、接合層
の厚さの調整等の組立作業を行うため、ライニングの構
築には高度の築炉技術が必要となる。しかも、接合層の
厚さに関しては、稼働時のカーボン煉瓦の熱膨張を考慮
して、高温の炉内側を厚く、低温の炉外側を薄く設計す
ることもある。この場合は、接合層の厚さの管理がさら
に重要となり、ライニングの構築には、より高度の築炉
技術が要求される。

【０００８】しかし、高度の築炉技術には熟練が必要と
なるが、最近は十分な技能を有する熟練した施工技能者
を多く確保することが難しくなっている。このため、ラ
イニングの構築経費が高騰し、しかも構築時の寸法の高
精度化に追随することが困難になっている。

【０００９】このため、近年は、ライニングの構築経費
を節減すると共に、熟練した施工技能者の確保のために
も、施工工数の削減と、施工期間の短縮による施工の合
理化が要求されている。このため、カーボン煉瓦単体を
大型化することにより、カーボン煉瓦の単位数を減少さ
せることが提案されている。

【００１０】しかし、カーボン煉瓦単体の大型化は、次
のような理由により、現在は困難と考えられている。す
なわち、現在、カーボン煉瓦単体の製造設備は、既に大
型化の限界に達している。このため、これ以上の大型の
カーボン煉瓦単体を製造するためには、その大きさに対
応する新しい製造設備が必要となり、これは、莫大な設
備投資が必要となる。

【００１１】また、実炉内で稼動中のカーボン煉瓦内に
発生する応力集中を緩和する、または接合離れを分散さ
せるために、意図的に小型のカーボン煉瓦単体を使用し
て、接合層数を確保する等の設計が適用される場合があ
る。このような場合においては、カーボン煉瓦単体の大
型化によって合理化を図ることはできない。

【００１２】本発明は、上記の従来技術における課題を
解決するためになされたものであり、その目的は、大型
高熱炉にカーボン煉瓦のライニングを構築するために、
カーボン煉瓦単体の空積みによる仮組立の工程、及び実
炉内での本組立の工程を合理化し、施工期間の短縮と施
工工数の削減を図ると同時に、ライニングの構築精度を
向上することのできるカーボン煉瓦ライニングの構築方
法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、高熱炉のライニングをカーボン煉瓦を
用いて構築するカーボン煉瓦ライニングの構築方法にお
いて、複数個のカーボン煉瓦単体を所定の厚さの接合層
を介して接着し、硬化後の接着曲げ強度が２０ｋｇ／ｃ
ｍ ² 以上となるカーボン煉瓦接合体を構成し、前記カー
ボン煉瓦接合体を用いて仮組立した後、炉内で該カーボ
ン煉瓦接合体をそれぞれ接着して本組立してライニング
することを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記のような構成を有する本発明では、予め、
複数個のカーボン煉瓦単体を接着してカーボン煉瓦接合
体を形成する。この時、カーボン煉瓦単体間の接合層も
所定の厚さとして形成する。このようなカーボン煉瓦接
合体は、寸法の調整が高精度行うことができる。そし
て、このカーボン煉瓦接合体を実炉内に搬入して、組立
を行うことにより、従来のカーボン煉瓦単体により組立
する場合に比べ、カーボン煉瓦の接着回数が半分以下に
減少することになる。また、カーボン煉瓦の接着を仮組
立の工程を挟んで二度に分割して行うことによって、仮
組立時と本組立時における煉瓦相互の位置関係での誤差
を減少する。したがって、施工期間の短縮と、工数の削
減による施工の合理化が可能となる。また、高い精度で
設計通りに構築することができる。また、カーボン煉瓦
接合体の硬化後の接着曲げ強度を２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上
とすることによって、カーボン煉瓦接合体の搬送時にお
ける自重での崩壊が防止される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明によるカーボン煉瓦ライニング
の構築方法の実施例を説明する。

【００１６】すなわち、本実施例では、所定の寸法精度
となる数個のカーボン煉瓦単体を、所定の接合層の厚さ
に接着してカーボン煉瓦接合体を形成し、このカーボン
煉瓦接合体を使用して空積みして仮組立を行った後、実
炉内で本組立を行う。

【００１７】すなわち、まず、所定の寸法精度に機械加
工されたカーボン煉瓦単体を油圧圧着機に載せ、常温硬
化性のカーボン接着剤を接合面に１〜２ｍｍの厚さに塗
布する。この接合面の４〜６か所に、厚さ０．４〜１．
０ｍｍのスペーサの小片を配置する。このスペーサは、
構築時の接合層の厚さに応じた厚さとする。これは、例
えば接合層の厚さを０．５ｍｍに設定するときは、スペ
ーサの厚さを０．４〜０．５ｍｍとする。このようなス
ペーサは、接合層と一体化するように、後述の接合層を
構成するカーボン接着剤と同様の構成とし、所定の厚さ
に加圧成形し、熱硬化させた一辺２０ｍｍの小片を使用
することが望ましい。

【００１８】次に、前記カーボン接着剤を塗布及びスペ
ーサを配置したカーボン煉瓦単体の接合面に、接合させ
るカーボン煉瓦単体の接合面を近接させ、油圧圧着機で
圧着する。この時、接合面には、１〜２ｋｇ／ｃｍ² の
圧力が作用するように圧着を行う。これにより、接合面
間に接合層が形成されることになる。なお、接合面の圧
着には、数個のカーボン煉瓦単体を同時に圧着すること
や、数個組のカーボン煉瓦接合体を同時に圧着すること
も可能である。このような接合体の重量は、ライニング
の構築時に使用される起重機の容量等の条件に応じた重
量とする。圧着後は、まず、接合層から溢出したカーボ
ン接着剤を除去する。そして、接合層の硬化後、カーボ
ン煉瓦接合体を油圧圧着機から取り外す。ここで、硬化
時間を短縮したい場合には、１００℃程度に加熱を行
う。

【００１９】ところで、常温硬化性のカーボン接着剤
は、材料としてカーボン粉と合成樹脂液と硬化剤とから
なる。具体的には、カーボン粉として、焙焼無煙炭、仮
焼コークス、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラック等
の微粉末が使用される。また、合成樹脂液としては、炭
化率が大きいフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラー
ル樹脂、またはこれらの各種変性物等の熱硬化性樹脂が
好適であり、他にポリイソシアネート、ポリイミド、エ
ポキシ樹脂等も使用できる。また、これらの樹脂は、１
種類のみの単独使用の他、２種類以上を混合して使用す
ることもできる。そして、硬化剤としては、パラトルエ
ンスルホン酸、燐酸、ヘキサメチレンテトラミン等が用
いられ、カーボン接着剤として使用する直前に添加する
ものである。なお、カーボン接着剤には、接着剤の粘度
を調整するために、エチレングリコールやフルフリルア
ルコール等の希釈剤が使用される。

【００２０】上述のようなカーボン接着剤には、硬化後
の接着強度だけでなく、不活性雰囲気下で加熱炭化した
時の接着強度についても、十分に大きいことが要求され
る。これについては、発明者らにより硬化後の接着曲げ
強度と自重との関係が調べられ、硬化後の接着曲げ強度
が２０ｋｇ／ｃｍ² 以上であれば、自重の４０倍の荷重
に耐えられることが確認されている。したがって、使用
するカーボン接着剤は、組立工程中の取扱いに対する安
全性を確保するために、硬化後の接着曲げ強度が２０ｋ
ｇ／ｃｍ² 以上となるような接着剤とする。

【００２１】上述のカーボン煉瓦接合体は、仮組立に際
し、所定の厚紙スペーサを挟んで、または挟まずにカー
ボン煉瓦接合体を順次組み合わせ、製作仕様書の組立寸
法と合致するように調整し、確認及び検査をする。カー
ボン煉瓦接合体が検査に合格したら、実炉内に搬入す
る。実炉内では、カーボン煉瓦接合体の表面接合面にカ
ーボン接着剤を塗布して圧着し、接合層の厚さを調整し
ながら、順次組み合わせて本組立を行い、ライニングを
構築する。

【００２２】以上のような工程のカーボン煉瓦ライニン
グの構築方法では、従来技術では狭い実炉内での施工と
なるカーボン単体の接着作業について、その一部を実炉
に搬入する以前のカーボン煉瓦の製造工場側で行うこと
になる。このように施工工程の順序を変更するだけで、
従来技術の狭い実炉内でカーボン煉瓦単体を接着するこ
とに比べ、作業効率が優れたものとなる。しかも空積み
による仮組立及び実炉内の接着による本組立では、両工
程が共に、組立に必要なカーボン煉瓦の単位数が大幅に
減少し、これに伴い本組立での接合層の形成（接着回
数）が大幅に減少する。このため、仮組立及び本組立の
ための施工期間が短縮できる。また、予めカーボン煉瓦
接合体を形成することにより、接合層の厚さに関して、
製造工場側で直接調整できる部分が多くなるため、組立
寸法の精度を向上させることができる。

【００２３】したがって、本実施例のカーボン煉瓦ライ
ニングの構築方法によれば、カーボン煉瓦を接合体とし
て形成し、これを使用して仮組立及び本組立を行うこと
により、組立工程を合理化することができ、施工期間の
短縮と施工工数の削減を図ると同時に、ライニングの構
築精度を向上させることができる。

【００２４】続いて、実際に前記の工程に基づいて、カ
ーボン煉瓦ライニングを構築した。このライニングの構
築工程について、図面に基づいて具体的に説明する。な
お、図１は２個のカーボン煉瓦単体（基準寸法：６００
×７００×１８８０ｍｍ，単重１２９０ｋｇ）を接着し
てなる炉底用カーボン煉瓦接合体の斜視図、図２は３個
のカーボン煉瓦単体（基準寸法：５６８×（６９５〜６
００）×１３００ｍｍ，単重８４０ｋｇ）を接着してな
る湯溜り用カーボン煉瓦接合体の斜視図、図３は２個の
カーボン煉瓦単体（基準寸法：４６７×（６９５〜６０
０）×１９８０ｍｍ，単重１２１０ｋｇ）を接着してな
る湯溜り用カーボン煉瓦接合体の斜視図を示す。また、
図中、１はカーボン煉瓦単体、２は接合層、３はカーボ
ン煉瓦接合体を示す。

【００２５】すなわち、上述の実施例中、接合層の厚さ
を０．５ｍｍ、カーボン煉瓦接合体の重量を２．５トン
に設定した。カーボン接着剤として、常温硬化性の無煙
炭−フェノール樹脂系接着剤［日本電極株式会社製：商
品名ＣＣ３ＤＲ］を使用した。スペーサは、２０×２０
×０．４ｍｍで、前記カーボン接着剤と同様の構成であ
る常温硬化性の無煙炭−フェノール樹脂系接着剤を４０
ｋｇ／ｃｍ² で加圧成形し、硬化したものを使用した。

【００２６】まず、カーボン煉瓦単体１を油圧圧着機に
載せ、接合面にカーボン接着剤を約１ｍｍの厚さに塗布
した。そして、前記接合面の四隅に前記構成のスペーサ
を配置した。このカーボン煉瓦単体の接合面と、接着す
るカーボン煉瓦単体の接合面を近接させ、油圧圧着機に
より圧着した。この時の面圧は、２ｋｇ／ｃｍ2 であ
る。そして、一晩圧着した状態で保持し、翌日、カーボ
ン接着剤が硬化することにより形成される接合層２につ
いて、その硬化を確認した後、カーボン煉瓦接合体を油
圧圧着機から取り外した。このカーボン煉瓦接合体につ
いて検査した結果、接合層の厚さは０．４〜０．５ｍ
ｍ、接着曲げ強度は４０ｋｇ／ｃｍ² となる良好な値を
示した。なお、この値は、カーボン煉瓦単体の形状に関
係なく、図１の炉底用カーボン煉瓦接合体、及び図２ま
たは図３の湯溜り用カーボン煉瓦接合体において得るこ
とができた。このようにして形成されたカーボン煉瓦接
合体を使用して、仮組立及び本組立を行った。なお、炉
底部分には図１に示す炉底用カーボン煉瓦接合体を、湯
溜り部分には図２または図３に示す湯溜り用カーボン煉
瓦接合体により組立を行い、ライニングを構築した。

【００２７】上述の工程によるカーボン煉瓦ライニング
の構築は、従来技術のカーボン煉瓦単体を使用して仮組
立及び本組立を行う場合に比べ、取り扱うカーボン煉瓦
の単位数が半数以下に減少している。また、実炉内での
接着回数が大幅に削減される。したがって、仮組立工程
においては従来は約７０日（７０日×直；１直は８時間
作業）の施工期間を要していたのが、上述の実施例によ
る工程では４０日（４０日×直）となり、約３０日（３
０日×直）の工期短縮を行うことができた。一方、本組
立工程においては、従来は約３０日（１５日×２直）の
施工期間を要していたのが、上述の実施例による工程で
は２５日（１２．５日×２直）となり、約５日（２．５
日×２直）の工期短縮を行うことができた。しかも、構
築寸法は設計仕様書に高い精度で合致した。

【００２８】なお、本発明のカーボン煉瓦ライニングの
構築方法は、高炉、電炉、アルミニウム電解炉等の組立
寸法に高い精度が要求される大型高熱炉に適用される。
また、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、カーボン煉瓦単体または接合体、スペーサの具体的
な形状、またはカーボン煉瓦接合体の接着個数、および
スペーサの配置位置は適宜変更可能である。また、カー
ボン煉瓦接合体の形成時に油圧圧着機を使用することに
限定されず、他の圧着手段により、所望の圧着強度を得
ることもできる。さらに、カーボン煉瓦単体の接合面と
カーボン接着剤との接合強度を向上するために、接合面
を平滑にする、または変性させる等の加工も可能であ
る。また、本発明では、接合面にスペーサを配置するこ
とに限定されず、カーボン接着剤のみから接合層を構成
することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数個の
カーボン煉瓦単体を所定の厚さの接合層を介して接着
し、硬化後の接着曲げ強度が２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上とな
るカーボン煉瓦接合体を構成し、前記カーボン煉瓦接合
体を用いて仮組立した後、炉内で該カーボン煉瓦接合体
をそれぞれ接着して本組立してライニングすることによ
り、仮組立及び本組立の組立工程を合理化することがで
き、施工期間の短縮と施工工数の削減を図ると同時に、
ライニングの構築精度を向上させることのできるカーボ
ン煉瓦ライニングの構築方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカーボン煉瓦ライニングの構築方法の
一実施例を示し、２個のカーボン煉瓦単体を接着してな
る炉底用カーボン煉瓦接合体の斜視図

【図２】３個のカーボン煉瓦単体を接着してなる湯溜り
用カーボン煉瓦接合体の斜視図

【図３】２個のカーボン煉瓦単体を接着してなる湯溜り
用カーボン煉瓦接合体の斜視図

【符号の説明】

１ … カーボン煉瓦単体 ２ … 接合層 ３ … カーボン煉瓦接合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 裕史 静岡県庵原郡蒲原町蒲原5600番地 日本 電極株式会社 蒲原工場内 (72)発明者 木村 久人 静岡県庵原郡蒲原町蒲原5600番地 日本 電極株式会社 蒲原工場内 (56)参考文献 実開 昭59−38698（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F27D 1/00 - 1/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高熱炉のライニングをカーボン煉瓦を用
   いて構築するカーボン煉瓦ライニングの構築方法におい
   て、複数個のカーボン煉瓦単体を所定の厚さの接合層を介し
   て接着し、硬化後の接着曲げ強度が２０ｋｇ／ｃｍ ² 以
   上となるカーボン煉瓦接合体を構成し、 前記カーボン煉瓦接合体を用いて仮組立した後、炉内で
   該カーボン煉瓦接合体をそれぞれ接着して本組立してラ
   イニングすること、 を特徴とするカーボン煉瓦ライニングの構築方法。