JP3619689B2 - コークス炉炭化室煉瓦補修材料及び補修方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窯口の金属部と耐火煉瓦との熱膨張率の相違による隙間や耐火煉瓦の熱履歴及び磨耗による表面劣化、貫通穴等の補修に際して利用され、高い接着性を有し、長期に亘って補修効果が発揮されるコークス炉炭化室煉瓦の補修材料及び補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉炭化室は原料炭による摩擦や頻繁な冷却、加熱の繰り返し、カーボン侵入等の各種要因により、煉瓦表面にて剥離や割れを生じ、次第に脱落して凹凸の激しい状態になる。特に、窯口付近にある鋳鉄製枠の周囲の耐火煉瓦は、炉蓋の開閉に伴う衝撃等の機械的要因により剥離や割れを生じ易く、表面劣化の度合も大きいものとなる。この現象は、炭化室の気密性を損なわせるため、ガス漏れの原因となると共にコークスの品質面及び操業上の大きな問題となる。
このような問題を解決するために、工業用炉の補修として煉瓦の目地切れ部や煉瓦の欠損部等にモルタル若しくはモルタルを主成分とする組成物を吹き付ける方法と、粉末耐火物を吹き込む方法がある。前者の方法としては、例えば特公昭５５−４６９９８号公報にはモルタルを主成分とし、これに瀝青物及び液状油を配合した組成物が記載されている。後者の方法としては、例えば特公昭５６−５７１３号公報には塩基性耐火骨材（例えばマグネシアクリンカー）を主成分とし、これにリチウム化合物、粘土及びケイ酸ナトリウムを添加配合した組成物が記載されており、特公昭５６−１５７６３号公報にはマグネシアクリンカー等を主成分とした粉末状耐火物を乾式吹付装置により熱間吹付け補修法が記載されている。これらにみられるように補修材料としては乾式法にて用いられるものも湿式法にて用いられるものも提案され、何れの方法も加圧タンクから供給される補修材料を炉壁にガン又はノズルを使用して吹き付けて行う。尤も、現実には価格の安価なモルタル若しくはモルタルを主成分とする補修材料がこのコークス炉炭化室煉瓦の補修に際して最も広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の補修材料は、基本的に鋳鉄や煉瓦（耐火物）との接着性が低いため、前記各種の要因により容易に剥離や割れを生じて鋳鉄表面や煉瓦表面から脱落するため、補修による効果が短期間でなくなり、結果として頻繁に補修作業を行わなければならなかった。
また、特に吹付ける補修材料中に水分が多量に含まれている場合、補修材料が固化する際に高温の炉壁側から水蒸気が発生して内圧を受け、この内圧によって補修材料が炉壁から剥離し易くなり、または低融点物質の蒸発に伴う発泡による空洞化が生じ易くなり、それらによりクラックを発生するため、その補修寿命は短かかった。
例えば一般に広く使用されているモルタル吹付けの場合は、０．０５ｍｍ〜数ｍｍの粒子を含む適度の粒度分布と主成分がＳｉＯ_２ 、Ａｌ_２Ｏ_３であることより、前記のような発泡による空洞化は少ないが、鋳鉄や煉瓦との接着力が極端に弱いため、補修寿命は１週間程度であった。
さらに、前記モルタルを主成分とする補修材料で補修した場合には、多少接着性が向上するものの、固化した補修材料は冷却−加熱の繰り返しにより収縮−膨張を繰り返して亀裂を生じ、この亀裂に炉内のタール分等が入り込んで残存し、冷却時に凝縮する現象が生ずるものであった。そして、この現象の繰り返しにより亀裂が次第に拡大し、補修材料の剥離を助長することになっていた。
このように現在のところ、モルタルを主成分とした補修材料で長期にわたり効果を発揮するものは見当たらなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モルタルに特定の組成を比較的少量添加組み合わせた組成物を使用することにより、コークス炉の炭化室を構成する耐火煉瓦ばかりでなく、窯口付近の金属部と耐火煉瓦の接触部分に対しても接着強度が高く、且つ発泡やクラックを生じさせることなく、補修寿命をモルタルのみの場合の数倍から数十倍に向上させた優れた特性を有する補修材料、及び同補修材料を使用した補修方法を提供するものである。
【０００５】
本発明のコークス炉炭化室及び窯口付近に使用するモルタル系補修材料は、モルタルである（ａ） 成分１００重量部に対し、後述する粉体成分（ｂ） ０．１〜１０重量部、及び後述する液体成分（ｃ） ２〜５０重量部を配合してなる。以下に上記（ａ） 〜（ｃ） の各成分について詳細に説明する。
【０００６】
本発明に使用するモルタルである成分（ａ） は、特に制限されるものではなく、一般的にＳｉＯ_２ 及びＡｌ_２Ｏ_３を主成分として他にＦｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ等が適宜混合されているものであればよい。ここでモルタルの組成的な相違に対する本発明の液体成分（ｃ） の配合的な傾向を記すると、モルタルの主成分であるＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の割合において、ＳｉＯ_２ ６０重量％以上のＳｉＯ_２リッチのモルタルの場合、液体成分（ｃ） 中のＳｉＯ_２含有量は少ない方が接着性が高く、液体成分（ｃ） 中のＳｉＯ_２ は１０重量％以下であることが好ましい。また、Ａｌ_２Ｏ_３６０重量％以上のＡｌ_２Ｏ_３リッチのモルタルの場合、液体成分（ｃ）中のＳｉＯ_２含有量は多い方が接着性が向上し、液体成分（ｃ） 中のＳｉＯ_２ は１０重量％以上であることが好ましい。
【０００７】
本発明に使用する粉体成分(b) は、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物よりなる群から選ばれる一種以上７０〜１００重量％、並びにＣａ化合物、Ｍｇ化合物、Ｚｎ化合物、Ｓｒ化合物、Ｂａ化合物、Ｆｅ化合物、Ｖ化合物、Ｐｂ化合物、Ｃｕ化合物、Ｔｉ化合物よりなる群から選ばれる一種以上０〜３０重量％よりなり、それぞれの化合物を例示すると、

等がある。
これら粉体成分(b) のうち、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物は特に補修材料と鋳鉄との密着性を向上させ、接着強度、曲げ強度を改善させる。これらに前記のＣａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｔｉの各種化合物の粉体を添加することにより熱膨張係数の減少、溶融温度域の増大、施工物の表面硬度の向上等の作用をする。
モルタル１００重量部に対するこれら粉体成分(b) の配合割合は前記のように０．１〜１０重量部であるから、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物の一種以上については０．０７〜１０重量部、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｔｉの各種化合物は０〜３重量部となる。
【０００８】
本発明に使用する液体成分（ｃ） の組成は、酸化物表示で示すと以下の如くなる。
ＳｉＯ_２ １ 〜３０重量％、
Ｎａ_２Ｏ及び／又はＫ_２Ｏ ３ 〜３４重量％、
Ｂ_２Ｏ_３ １．５〜１２重量％、
Ｐ_２Ｏ_５ ０．３〜 ４重量％、
水 残
この液体成分（ｃ） はケイ酸アルカリ塩を主成分として、これにリン酸アルカリ塩及びホウ酸アルカリ塩を含有し、その酸化物組成の融点が８００℃以下である水溶液である。
ケイ酸アルカリ塩としては、例えばメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸カリウム及びこれらの水和物、一号水ガラス、二号水ガラス、三号水ガラス等がある。リン酸アルカリ塩としては、例えば第３リン酸、第２リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、重合リン酸（トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸）などのナトリウム及びカリウム塩がある。ホウ酸アルカリ塩としては、例えばメタホウ酸、オルトホウ酸、四ホウ酸などのナトリウム塩及びカリウム塩、及びホウ酸と水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムとの反応で得られるものでも良い。
液体成分（ｃ） は、高温において水分が蒸発し、８００℃以下で溶融し、耐火煉瓦や鋳鉄と補修材料との接着性を増強し、吹付けられた補修材料の空隙部を部分的に満たして気密性を向上し、補修表面の平滑性に寄与するものである。溶融時の液体成分（ｃ） に由来する酸化物の組成は単純計算では、ＳｉＯ_２ ＝２〜８６重量％、Ｎａ_２Ｏ及び／又はＫ_２Ｏ＝６〜９２重量％、Ｂ_２Ｏ_３＝２〜７４重量％、Ｐ_２Ｏ_５＝０．４〜４２重量％となる。また、モルタル１００重量部に対するこれらの割合は、同じくＳｉＯ_２ ＝０．０５〜１５重量部、Ｎａ_２Ｏ及び／又はＫ_２Ｏ＝０．１５〜１７重量部、Ｂ_２Ｏ_３＝０．０７５〜６重量部、Ｐ_２Ｏ_５＝０．０１５〜２重量部となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のコークス炉炭化室煉瓦補修材料は、通常はコークス押し出し後の窯口解放時にガン又はノズルを使用して高圧スプレーにより熱間噴霧させる。
図１に示す概念図をもとに説明すると、コンプレッサ１に接続された吐出流路の途中に粉体用容器２及び液体用容器３に連絡された送入口が設けられ、適宜にモルタル量、粉体成分（ｂ） 量、液体成分（ｃ） 量及び必要に応じて水量を設定した補修材料を先端にノズルを取り付けたスプレー装置を用いて噴霧すれば良く、その吐出圧は５〜８Ｋｇ／ｃｍ^２で、炉壁に噴霧する噴霧量は４〜１０Ｋｇ／ｍ^２であり、煉瓦の凹凸の程度によるが、補修材料の塗布厚みが１０〜６０ｍｍとなるように噴霧させる。
この場合、前記粉体用容器２及び液体用容器３に添加する組成について説明すると、
（１）粉体用容器２…モルタル，液体用容器３…粉体成分（ｂ）＋液体成分（ｃ）
（２）粉体用容器２…モルタル，液体用容器３…粉体成分（ｂ）＋液体成分（ｃ）＋水
（３）粉体用容器２…モルタル＋粉体成分（ｂ），液体用容器３…液体成分（ｃ）
（４）粉体用容器２…モルタル＋粉体成分（ｂ），液体用容器３…液体成分（ｃ）＋水
の４通りがあり、（１）及び（２）の場合は液体用容器３において粉体成分（ｂ） を沈降分離させない工夫が必要があり、（３）及び（４）の場合は粉体用容器２内でのモルタルと粉体成分（ｂ） との均一混合に留意する必要がある。
また、水添加の有無及び水の添加量は、液体成分（ｃ） の組成物濃度、及びモルタル、粉体成分（ｂ）、液体成分（ｃ）の３者の割合により決定される。
【００１０】
【実施例】
実施例１
４０×４０×１６０ｍｍに作成したテストピース枠に、４０×４０×８０ｍｍに切断成形した耐火煉瓦をはめ込み、表１及び表２に記載の配合例１〜１６及び比較例の補修材料を混練り調製してテストピース枠の残りの１／２に流し込み、１１０℃の電気炉に１０時間加熱乾燥した後、９００℃で３時間焼成し、試験体とした。そして、補修材料の性能を接着強さ及び曲げ強さの試験結果より判定した。尚、本実施例に使用したモルタルの組成は、
ＳｉＯ_２ ５５重量％、
Ａｌ_２Ｏ_３ ４０重量％、
他（Ｆｅ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎａ_２Ｏ，Ｋ_２Ｏ） ５重量％である。
ここで接着強さは試験体における補修材料と耐火煉瓦の界面の曲げ強さの測定値で示す。
また、気孔率を測定してガス透過性の目安とした。
【００１１】
【表１】

【表２】

【００１２】
結果を表３に示す。
【表３】

【００１３】
実施例２
前記表１及び表２に記載の配合例１〜１６及び比較例の補修材料を混練り調製し、運転中のコークス炉炭化室で補修を実施し、実機試験を行った。
実機コークス炉の概略の仕様は、
１．窯数：８６窯、
２．炭化室寸法・高さ：６．５ｍ・幅：４２０ｍｍ・長さ：１５．９ｍ、
３．一サイクルの所要時間：２３時間、
４．コークス押し出し時間：５分間、
５．炭化室炉壁温度・中央部：１１００〜１２００℃・窯口部：９００〜１１００℃である。
補修材料は前述した図１のスプレー装置を用いて、コークスを押し出した後、噴霧した。尚、熱間の窯口付近の炉壁温度は５００〜８００℃程度であり、補修範囲は窯口より１００〜１５０ｃｍ程度までとした。また、補修材料の施工膜厚は欠落した箇所に対しては厚く吹付けるため、一定ではないが、大体１０〜６０ｍｍであり、補修材料の使用量は２〜１０Ｋｇ／ｍ^２ であった。
形成された補修面は平滑性が高いものであった。
検査項目は、補修材料の鋳鉄−煉瓦に対する接着性（耐剥落性）、及びガスの漏洩の２点であり、スプレー塗布後の補修材料が剥落するまでの日数、及びガスが漏洩までの日数を目視観察した。
【００１４】
結果を表４に示す。
【表４】

【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のコークス炉炭化室煉瓦補修材料は、従来の補修材料に比べて、耐火煉瓦及び窯口付近にある鋳鉄製枠に対する接着性が強く、耐衝撃性に富み、形成される補修面は平滑性に優れ、ガスの漏洩に対する遮断性が良い。
したがって、上記補修材料を用いた補修は、コークス炉炭化室、特に窯口部煉瓦の補修効果が長期にわたって発揮されるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補修材料を噴射させる噴霧機構の一例を示す概念図である。

Claims (2)

1. (a) モルタル１００重量部に対し、
   (b) Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物よりなる群から選ばれる一種以上７０〜１００重量％、並びにＣａ化合物、Ｍｇ化合物、Ｚｎ化合物、Ｓｒ化合物、Ｂａ化合物、Ｆｅ化合物、Ｖ化合物、Ｐｂ化合物、Ｃｕ化合物、Ｔｉ化合物から選ばれる一種以上０〜３０重量％よりなる粉体成分０．１〜１０重量部、及び
   (c) 酸化物表示で
   ＳｉＯ₂ １ 〜３０重量％、
   Ｎａ₂Ｏ及び／又はＫ₂Ｏ ３ 〜３４重量％、
   Ｂ₂Ｏ₃ １．５〜１２重量％、
   Ｐ₂Ｏ₅ ０．３〜 ４重量％、
   水 残
   よりなる液体成分２〜５０重量部を配合してなるコークス炉炭化室煉瓦補修材料。
2. 請求項１に記載の補修材料に必要に応じて水を加えて熱間または冷間塗布することを特徴とするコークス炉炭化室煉瓦の補修方法。

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