JP3332610B2 - コークス炉の補修方法 - Google Patents

コークス炉の補修方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コークス炉の補修方法
に関する。さらに詳しくはコークス炉の内壁面の損傷部
分を溶射方法により補修した溶射補修層の表面処理に係
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般に鉄鋼製造プロセス等における各種
の加熱炉、反応炉は長時間に亘り連続運転されており、
設備の耐久性や寿命を伸ばすために、稼動中に高温下に
おいて炉壁の補修を行う場合が多い。このような稼動中
の炉壁の補修方法として、従来、無機バインダと水とを
配合した結合剤と耐火性粒子とを混合して吹き付ける湿
式法が一般的であったが、最近では補修する部分に耐火
性粒子を溶射する技術が採用され優れた成果を上げてい
る。
【0003】溶射技術としては従来、例えば、可燃性ガ
スの燃焼炎中に耐火性粒子を投入する火炎溶射法(特公
昭60−46062号公報等)、ガスプラズマジェット
によるプラズマ法(特開昭56−59679号公報
等)、耐火性粉末と混合した金属粉或は炭素粉を酸素気
流中で搬送し、熱間雰囲気に噴射、燃焼させて火炎を形
成する一種のテルミット反応法(特公昭49−4636
4号公報)等が知られている。
【0004】溶射法では従来の湿式法に比べ、補修層と
炉壁との密着性が高く、緻密な溶射補修層を得易く、耐
用性も高い場合が多く有効な補修法として近年多用され
るようになってきている。コークス炉においても、損傷
した炉壁の補修には、従来、補修すべきれんがの上に溶
射により補修層を形成することが行われている。しかし
ながら、このような溶射補修層は湿式法に比べると格段
に優れてはいるが、やはりポーラスであると共に表面に
凹凸が多く、通気性であるために耐久性が十分でないと
いう問題があり、さらに改善すべき余地があった。
【0005】特開昭61−286284号公報にはコー
クス炉用耐火れんがの表面にガラス層を形成する技術が
開示されている。この技術は、コークス炉用耐火れんが
の炉内に露出する面にガラス質被膜を塗布し、焼成して
れんが表面にガラス層を形成した耐火れんがである。こ
のような耐火物は、稼動中の炉壁の補修に利用すること
はできず、また、例えば、図2に示すように、れんがと
ガラスの熱膨張係数が異なるため、ガラス層が剥離した
り破損し易いという問題があった。図2は各温度におけ
る積算膨張を示したものであって、図中曲線11はガラ
ス、曲線12、13は結晶質珪石れんがを示している。
図中C50−T50のように記載したものは、クリスト
バライト50%、トリジマイト50%のものを示してい
る。なお、特開昭61−286284号公報に記載の技
術はれんがの表面にガラス物質を塗布して焼成したれん
がであって、稼動中の高温の炉壁等を補修する技術では
ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】コークス炉炉壁にコー
クス炉稼働中に形成した溶射補修層は、表面が比較的粗
く、例えばRmaxで5mm以上であり、また、通気性
を有する場合が多いため、炉壁れんが面と同様に、カー
ボン等の付着や外来成分の侵入が起こり易く、溶射補集
層の損傷が進行したり、操業に支障が生じる場合が多
い。
【0007】本発明は溶射補修層表面におけるこのよう
な問題点を解決し、溶射補修の効果を十分に発揮するた
めの溶射補修層表面の処理方法を提供することを目的と
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、次の技術手段を講じたことを特徴とす
る。すなわち本発明は、高温下でコークス炉炉壁に溶射
補修層を形成した後、この溶射補修層上に当初はガラス
層であり高温下で結晶化する被覆層を形成することを特
徴とするコークス炉の補修方法である。この場合、前記
被覆層は溶射補修層と同質の材料とすることによって、
溶射補修層と被覆層との密着性の向上を図ることがで
き、熱膨張特性を一致させることにより、剥離や損傷を
防止することができ、耐久性を向上させることができ
る。
【0009】また、前記結晶質被覆層の形成は、SiO
2 を主成分とするガラス被覆層を先ず形成し、これを高
温下に保持することによって結晶質化させることが好ま
しい。そしてこの被覆層の形成温度、すなわち、ガラス
被覆層形成工程からこれを結晶化させる工程における温
度は500〜1250℃とすると好適である。
【0010】
【作用】本発明者らは、コークス炉内壁面の損傷部に施
した溶射補修層表面の平滑性を高め、かつ通気性を低減
することによって、溶射補修層表面のカーボン付着量を
抑制すると共に、外来成分の侵入による炉壁補修層の損
傷を防止し、耐久性を高めることについて、種々検討を
重ねた。その結果、溶射補修層の表面にガラスコーティ
ング液を熱間で噴射して被覆することによって、溶射補
修層へのカーボン付着の防止、外来成分の侵入の低減に
極めて効果的であることを見出した。この被覆層は、当
初ガラス層であるが、高温下で結晶化する。
【0011】本発明において、溶射補修層表面に緻密な
被覆を施すことにより、溶射補修層の表面の平滑性が高
められ、かつ、溶射補修層表面の通気性を減少させるこ
とができる。表面の平滑性が向上すれば、コークス炉で
頻発するカーボン付着の起点となる凹凸部が減少し、結
果として溶射補修層へのカーボンの付着、成長が抑制さ
れる。溶射補修層表面の通気性が低下すると外来成分の
溶射補修層やれんが中への侵入が抑制され、溶射補修層
及びれんがの劣化、損傷が押えられるだけでなく、気孔
部を基点としたカーボン付着、成長が抑制される。
【0012】溶射補修層表面に被覆する被覆層を溶射補
修層と同質の材料によって形成すると、これらの材料は
施工当初ガラス質であり、高温雰囲気に保持されること
によって結晶化する。溶射補修層は基本的にSiO2
あり、その結晶相はクリストバライトとトリジマイトが
ほぼ50:50である。被覆層も結晶化すると当初クリ
ストバライトとトリジマイトが70:30で順次50:
50に近づく。従って、両者の物理特性が一致し、溶射
補修層と被覆層との密着性が向上し、熱膨張特性が近似
する。従って、境界層の剥離や被覆層の損傷を防止する
ことができ、耐久性を向上させることができる。
【0013】また、前記結晶質被覆層の形成方法として
は、まずSiO2 を主成分とするガラス被覆層を形成
し、これを高温下に保持することによって結晶質化させ
る方法が好ましい。SiO2 を主成分とするガラス層を
高温で形成すると、緻密で平滑な薄い被覆層を容易に形
成することができる。そして、このガラス層が結晶化し
たとき、その緻密性、平滑性は良好に保たれるので、カ
ーボン付着等を好適に防止する。しかも、溶射補修層と
同質の結晶化層となるため、上記熱膨張特性の一致を図
ることができる。
【0014】被覆層の形成温度は500〜1250℃と
する。500℃未満では、溶射補修層上に噴射した原料
が溶射補修層に吸収され、表面に良好なガラス層を形成
することが困難である。また、ガラス層が結晶化する温
度は1200℃前後である。1250℃を越えると、ガ
ラス層の形成のとき、スプレーノズル詰りを生じ歩留り
が低下し、ガラス層が結晶化するとき、結晶化速度が大
きすぎて、亀裂等の欠陥を生じるので、1250℃を上
限とする。500〜1250℃の温度は、コークス炉の
稼動中にれんが壁面が曝される温度帯でもある。
【0015】
【0016】本発明で被覆層の厚みは特には限定されな
い。溶射補修層の粗さにもよるが、より好ましくは、
0.2mm以上の厚みであれば溶射補修層表面の気密
性、平滑性向上に顕著な効果を上げる場合が多い。
【0017】
【実施例】図1は本発明の実施例のコークス炉の補修方
法を示す工程図である。本発明の被覆を形成する具体的
方法としては、次の方法が最も適当である。すなわちS
iO2 等の高温でガラスを形成し易い物質を含む溶液を
スプレーノズル等によって炉壁上の溶射補修層表面にス
プレーする。この溶液の溶媒としては、種々のものが考
えられるが、安全性、コスト面等から水を使用するのが
一般的である。
【0018】具体的工程は次の通りである。 (a)稼働中のコークス炉の損傷したれんが1の表面に
溶射ノズル3から火炎4と共に溶射された材料は溶射補
修層2を形成する。この溶射は例えばSiO2を主成分
とし、約15%のSiを含む骨材をプロパン及び酸素に
よる火炎とともに吹きつけるものである。形成された溶
射補修層2はポーラス(多孔質)であり、その表面はR
maxが5mm以上の粗面である。
【0019】(b)次に、SiO2 85%以上を含む微
粉骨材を溶剤と共にスプレーノズル5から溶射補修層2
の上にスプレー6として噴射する。この噴射もコークス
炉稼働中で炉壁面が500℃以上の高温の状態で行う。
溶射補修層2が形成された直後に噴射してもよいが、形
成後ある程度熱履歴を経た溶射補修層2の表面に噴射す
る方がよい。溶射補修層表面に吹きつけられた材料は発
泡体7となり、全面的に発泡した状態となっている。温
度500℃未満では水溶液が溶射補修層2内に吹込まれ
るので不可である。噴射量は被覆層厚みが0.2mm以
上となるように歩留りを考慮して定める。
【0020】(c)噴射後5〜15分経過すると、発泡
体7は収縮して緻密な被覆層8を形成する。このとき生
成された被覆層8はガラス層である。このガラス層はほ
とんど理論密度に近い緻密性とガラスの表面平滑性とを
有している。また、溶射補修層2と基本的に同様な組
成、組織を有しており、その境界の密着性も高く、また
熱膨張特性も類似となっている。
【0021】(d)上記状態でさらに1000〜125
0℃にさらされると、ガラス層である被覆層8は結晶化
し、結晶質被覆層9となる。結晶化速度は温度に依存
し、例えば図3に示すようである。この結晶質被覆9は
ガラス層と同種の緻密性と表面平滑性を有している。 次に実施例について説明する。
【0022】以上の手法に従って、コークス炉炭化室の
炉壁のれんが表面にSiO2 系の溶射補修層を形成した
後、1000℃の溶射補修層表面に水ガラス系の水溶液
をスプレーノズルで噴射し、平均厚み1.0mmのガラ
ス被覆層を形成した。このガラス被覆層は初期には透明
で光沢があり、典型的なガラス層であったが、被覆後1
週間程度で透明度は失われ、白濁し、結晶化が進んた。
光沢は保たれており、平滑性はほとんど変化しなかっ
た。被覆層形成後のカーボン付着量を指数化して表1に
示した。この被覆層では、結晶化前も後も、カーボンの
付着が顕著に低減し、その効果は1年以上に亘って継続
していることを確認することができた。 [比較例]上記実施例と同様にして平均厚さ0.1mm
のガラス被覆層を形成し、カーボン付着の程度を観察し
た結果を表1に併せて示した。ガラス被覆を全くしなか
った場合に比べてわずかの効果しか認められなかった。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明のコークス炉の補修方法は、以上
のように構成されているので、溶射補修層の表面が、緻
密で平滑な被覆層に覆われ、カーボンの付着、外来成分
の侵入等を防止し、溶射補修層の損傷原因を著しく減少
することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のコークス炉の補修方法を示す工程図で
ある。
【図2】ガラス層と結晶層との熱膨張の比較を示すグラ
フである。
【図3】ガラス層の結晶化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 れんが 2 溶射補修層 3 溶射ノズル 4 火炎 5 スプレーノズル 6 スプレー 7 発泡体 8 被覆層 9 結晶質被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠岡 玄樹 倉敷市水島川崎通1丁目(番地なし) 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内 審査官 原 健司 (56)参考文献 特開 昭58−110983(JP,A) 特開 昭60−36881(JP,A) 特開 昭63−72786(JP,A) 特開 平3−217486(JP,A) 特開 昭61−286284(JP,A) 実開 昭54−19243(JP,U) 実開 昭60−82442(JP,U) 特公 昭49−46364(JP,B1) 実公 昭47−38541(JP,Y1) 国際公開95/31418(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10B 29/06 C23C 4/00 F27D 1/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温下でコークス炉炉壁に溶射補修層を
    形成した後、該溶射補修層上に当初はガラス層であり高
    温下で結晶化する被覆層を形成することを特徴とするコ
    ークス炉の補修方法。
  2. 【請求項2】 前記被覆層は溶射補修層と同質の材料で
    あることを特徴とする請求項1記載のコークス炉の補修
    方法。
  3. 【請求項3】 前記結晶質被覆層の形成は、SiO2
    主成分とするガラス被覆層を形成し、これを高温下に保
    持することである請求項1記載のコークス炉の補修方
    法。
  4. 【請求項4】 前記被覆層の形成温度は500〜125
    0℃であることを特徴とする請求項1記載のコークス炉
    の補修方法。
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