JP4134474B2 - 室炉式コークス炉炉頂部の壁の補修方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、室炉式コークス炉の炉頂壁を構成する異質耐火煉瓦間において、冷間耐火煉瓦をヒーティングアップする乾燥工程や同コークス炉の操業中における炉熱レベルの変動時に発生し、当該耐火煉瓦同士の熱膨張差により形成される、所謂スリップジョイント部や当該耐火煉瓦に発生する目地切れや亀裂、剥離等の損傷部を補修する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉等において使用されるコークスは、炭化室と燃焼室とが隔壁で仕切られて交互に配設された室炉式コークス炉において、炭化室に装入された石炭を、燃焼室に加熱ガスを流すことにより隔壁を通じて加熱し、乾留して製造する。図３に、室炉式コークス炉の上部に構築された炭化室と燃焼室とを含む炉頂壁の模式的一部断面斜視図を示す。
【０００３】
図３に示すように、コークス炉１の上部には、炭化室２及び燃焼室３が交互に配設され、コークス炉１の炉頂部の壁４は厚さ方向に材質の異なる耐火煉瓦で構成されている。コークス炉１の炉頂壁４は１〜２ｍ程度の厚さを有し、コークス炉１の操業時にはその内部表面温度分布は、概略１０００〜１２００℃程度と高温になり、一方、炉頂壁４の外表面は大気雰囲気に接しており、数十℃程度である。そこで、下層９の炉内面側には、１０００℃以上の高温領域で機械的強度が大きく、１０００℃以上の高温域で体積変化が小さく、材料が安価で多量に入手できるものとして、通常、珪石煉瓦が用いられる。しかしながら、珪石煉瓦は低温領域での体積変化が大きいので、目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０等が発生し易い。そこで、温度変化が激しい、炉頂壁上層８側に適したものとして、通常、粘土質のシャモット煉瓦が用いられている。このように、コークス炉の炉頂壁は従来、上下２層のそれぞれ所要の物理特性を備えた異なる材質の耐火煉瓦からなっている。
【０００４】
ところが、上下層の各耐火煉瓦材質の相違により発生する問題、特に熱膨張係数の差異と、珪石煉瓦中のＳｉＯ₂成分の昇温過程における鉱物組織の変態とにより引き起こされる珪石−シャモット間の接触面での悪影響を緩和させることが必要である。
【０００５】
そこで、新設炉等の昇温過程で、珪石同士及びシャモット同士の目地はいずれも煉瓦面がずれないような構造にしているが、珪石−シャモット間の目地は熱膨張量差によって煉瓦が水平方向にずれる構造にして、煉瓦が破壊しないようにしている。新設コークス炉や炉頂壁の煉瓦積み後、炭化室と燃焼室を操業温度まで昇温するまでの乾燥作業には、７０〜８０日程度の日数をかけてゆっくり昇温する。昇温後には、下層の珪石煉瓦は上層のシャモット煉瓦よりも膨張するに至る。なお、下層煉瓦と上層煉瓦とがずれる部分を「スリップジョイント」５という。
【０００６】
しかしながら、図３、４に示すように、スリップジョイント５における上下層の耐火煉瓦間の目地部６には上下層耐火煉瓦８、９間の摩擦抵抗により、目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０が入り易い。また、稼動後のコークス炉の通常操業時においても、乾留後赤熱コークスの窯出しと原料炭の装入による炭化室の温度低下と、その後の乾留工程における温度上昇とにより温度の上下変動が発生する。この温度の変動サイクルによる炉頂壁４の上下層耐火煉瓦８、９の熱膨張差により、その目地部６及び各層耐火煉瓦８、９に目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０が発生し、温度の変動サイクルを重ねるにつれて進行する。
【０００７】
上述した室炉式コークス炉の炉頂壁内部のスリップジョイント５における目地部６や耐火煉瓦８、９に目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０が発生すると、コークス炉操業中や石炭装入作業中にそこからＣＨ₄、Ｈ₂、ＣＯ等を含むコークス炉ガスや燃焼排ガスが炉外に漏れて作業環境を害したり、危険性を伴う。これを防止するため、また炉の保全上、従来最も一般的方法としては耐火モルタルを圧入する補修法がとられてきた（以下、「先行技術１」という）。
【０００８】
なお、炭化室２と燃焼室３とを仕切る隔壁１１の目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０等の補修方法としては、ドライシーリング法と溶射法が開発されている。ドライシーリング法は、焼結性を有する耐火物粉末を隔壁の目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０を生じた部分に吹き込み、それらの損傷部内で焼結させて補修する方法である（以下、「先行技術２」という）。溶射法は、耐火物の粉末を、酸素および燃料ガスからなる火炎中またはアルミニウムや珪素の燃焼によって、半溶融または溶融状態にして、耐火物の損傷部位に接着させるものである（以下、「先行技術３」という）。更に、気相析出反応により固体化合物を得る方法、即ち所謂が提案されている。例えば、特開平９−７１７８１号公報には、隔壁型熱交換器の隔壁の補修方法が開示されている。このＣＶＤ法の適用技術によれば、コークス炉の炭化室に、四塩化珪素ガスを含有するガスを供給し、隣接する燃焼室に水蒸気を含有するガスを供給しておき、両室の圧力差を正負に変化させるサイクル操作を行ない、その過程において、炭化室と燃焼室との隔壁の貫通亀裂７の内部に、四塩化珪素ガスと水蒸気とを交互に供給して両者で反応させ、二酸化珪素ＳｉＯ₂を析出させる。こうして析出生成した固体状の二酸化珪素ＳｉＯ₂により、隔壁の貫通亀裂を補修することが可能である（以下、「先行技術４」という）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
コークス炉炉頂壁内部のスリップジョイント部に発生する上述した損傷の補修方法として、先行技術１のモルタル法は施工が簡単であるが、当該補修においては目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０等の損傷部が的確に把握できないことが多い損傷部の補修をしなければならないので、信頼性と効率性の点で十分とはいえず、また高熱作業を伴い、改善が望まれる。先行技術２のドライシーリング法及び先行技術３の溶射法においても、先行技術１と同様、損傷部が的確に把握できない場合の問題等がある。更に、先行技術１〜３のいずれにおいても、目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０の深部まで補修することは困難である。これらに対して、先行技術４のＣＶＤ法の適用技術によれば、四塩化珪素ガスを含有するガスも水蒸気を含有するガスも共に、目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０の深部まで到達させ得ると共に、それらの損傷箇所が特定されていなくても、有効ガスが到達する全領域を補修することが可能である。
【００１０】
コークス炉炉頂壁の目地切れや亀裂、剥離等の補修要件として、有害且つ危険性ガスの漏洩防止を確実になくすことが重要であることに鑑み、先行技術４のＣＶＤ法の適用技術が、損傷箇所の見落としがなく、且つその深部まで補修することが可能である点により、原理的に好適である。そこで、本発明者等は、ＣＶＤ法の適用による炉頂壁内部のスリップジョイントの補修方法を開発することにした。
【００１１】
ところが、上記目的に対して、先行技術４の方法に準じてスリップジョイント５の損傷部を補修する場合には、次の問題がある。
【００１２】
図３に示した炭化室２と燃焼室３とが交互に配設された室炉式コークス炉において、炭化室２に所定濃度以上の四塩化珪素ＳｉＣｌ₄ガスを含むガスを導入し、相互に隣接する燃焼室３に所定濃度以上の水蒸気Ｈ₂Ｏガスを含むガスを導入する。各ガスはそれぞれ石炭装入口１２及びフリュー孔１３から導入すればよい。その際、前半期には、炭化室２内に四塩化珪素を含有するガスを供給して炭化室２内部を加圧し、スリップジョイント５の損傷部に四塩化珪素を含有するガスを進入させ、次いでその供給を停止し、炭化室２内部を排気装置（図示せず）で減圧する。後半期には、燃焼室３に水蒸気を含有するガスを導入し、スリップジョイント５の損傷部に、二酸化珪素を析出させる。この操作を繰り返す。前半期には、スリップジョイント５の損傷部にＳｉＣｌ₄ガスが進入し、後半期には、同じスリップジョイント５の損傷部にＨ₂Ｏガスが進入するので、下記（１）式の反応：
ＳｉＣｌ₄＋２Ｈ₂Ｏ＝ＳｉＯ₂＋４ＨＣｌ……………（１）
により、生成するＳｉＯ₂により補修対象損傷部を補修する。図４に、図３のＡＡ矢視断面図を示す。同図に示すスリップジョイント５部の耐火煉瓦の目地部６や、ここを基点として発生した目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０の内部に上記ガスを進入させることが必要である。これらの箇所にガスを進入させるためには、同図よりわかるように、スリップジョイント５部分から供給するのが望ましい。スリップジョイント５部にＨ₂Ｏガス含有ガスを供給するためには、フリュー孔１３からこれを導入するのが望ましい。ここで、フリュー孔１３は細長い筒状を呈している。
【００１３】
ところで、この補修作業を行なう時期の炭化室２及び燃焼室３の温度は上述したところからわかるように、９００〜１０００℃程度の高温状態にあるときに限られる。このために、燃焼室３内部からの上昇気流３２により、フリュー孔１３は細長い筒状であるが、この内部圧は４〜６ｍｍＨ₂Ｏ程度の正圧となっている。従って、ＣＶＤ法適用による上記補修方法により、その初期段階においては、上記（１）式の反応が進行するのに十分な水蒸気濃度が確保されるが、上述した操作が繰り返されるにつれて、損傷箇所における水蒸気濃度が徐々に減少する。そのため（１）式におけるＳｉＯ₂とＨＣｌとの濃度が上昇すると共に、水蒸気Ｈ₂Ｏが低下し、スリップジョイント５部における（１）式による補修の進行速度が低下し、遂には停止する。
【００１４】
そこで、本発明者等はこの発明の目的として、コークス炉のヒーティングアップ後における炉頂壁内のスリップジョイント５部の補修において、（１）式の反応を停滞させないようにし、十分な補修効果を上げ得る技術を開発することにした。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した観点から鋭意試験を重ねた。その結果、水蒸気濃度の高いガスを、コークス炉燃焼室のフリュー孔の上部から供給してスリップジョイント部にそのガスを十分に供給することにより、所期の目的を達成することができるとの知見を得た。この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その特徴は次の通りである。
【００１６】
上部に燃焼室と炭化室とが水平方向に交互に配設され、当該燃焼室及び炭化室の炉頂部の壁の厚さ方向構造が上層と下層との２層の材質が異なる耐火煉瓦で構成された室炉式コークス炉の炉頂壁を補修する方法である。先ず、炭化室内に四塩化珪素を含有するガスを供給して当該炭化室内部を加圧する。次いで、その四塩化珪素を含有するガスの供給を停止し、炭化室内部を排気装置で減圧する。次いで、その炭化室の両側に配設された燃焼室に水蒸気を添加した燃焼排ガスを導入し、上記材質が異なる耐火煉瓦の上下層間目地部、その上下層間目地部に近接した損傷部に二酸化珪素を析出させる。更に、その炭化室の両側に配設された燃焼室のフリュー孔から、水蒸気を添加した燃焼排ガスを導入し、材質が異なる上記耐火煉瓦の上下層間目地部、及びこの上下層間目地部に近接した損傷部に二酸化珪素を析出させる。その際、特に重要な事項は、燃焼室の炉頂部の壁に設けられたフリュー孔の上部から、水蒸気を２２０ｍｇ／Ｎｌ以上含有したガスをそのフリュー孔内部に向けて吹き込み、フリュー孔内周面に連続している所謂スリップジョイントから、上記損傷を受けたスリップジョイント部に、水蒸気濃度を確保しつつ供給する。こうして、水蒸気を添加した燃焼排ガスのスリップジョイント部への供給のみでは、水蒸気濃度が低下して二酸化珪素の析出がなくなるのを防止する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明を、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明に係るコークス炉の炉頂壁補修方法の実施形態を説明する装置の模式図を示す。室炉式コークス炉の操業において、定期点検等により補修を必要と判断された炭化室、即ち補修窯に指定された炭化室２’について、その炭化室２’の両側に隣接する各燃焼室３’のそれぞれのフリュー孔出口１３ａ’からスリップジョイント５部を観察し、スリップジョイント５からのコークス炉ガスの洩れがひどく、補修が必要であると判断されたものについて、当該フリュー孔出口１３ａ’のそれぞれにヘッダー管１４を介してフレキシブルホース１５を接続し、工場発生の水蒸気１６を供給できるように、水蒸気吹込み配管１７を設置する。水蒸気吹込み量を調節するための水蒸気流量及び圧力調節弁１８と開閉弁１９とを各吹込み部に取り付け、ヘッダー管１４にはドレン抜き２０を取り付け、燃焼室３’内にドレンが入らないようにする。なお、水蒸気１６は単体を吹き込む代わりに、空気を搬送ガスとして使用してもよい。
【００１８】
一方、図２に示すように、補修窯（要補修炭化室）２’の石炭装入口１２’、又は炉蓋３４にガス導入孔３３を設け、このガス導入孔３３から、又はそれらの両方から、四塩化珪素を含有するガス２６の吹込み配管２１を、ガス流量及び圧力調節弁２２と開閉弁２３とを介して配設する。更に、当該要補修窯２’の別の石炭装入口１２”には、当該石炭装入口１２”対して着脱自在な配管取付け治具２７を取り付け、これに排気管２８を介して排気装置２５を設ける。
【００１９】
上記各種装置が配備されたコークス炉１において（図１、図２参照）、先ず、ガス流量及び圧力調節弁２２の操作により、補修窯２’内に四塩化珪素を含有するガス２６を供給して、補修窯２’内部を加圧する。次いで、開閉弁２３を閉じて四塩化珪素を含有するガス２６の供給を停止し、補修窯２’内部を排気装置２５で減圧する。一方、その補修窯２’の両側に配設された燃焼室３’から水蒸気２９を添加した燃焼排ガスの上昇気流３２を、燃焼室３’の炉頂部に設けられたフリュー孔１３’内部に導き、そのフリュー孔１３’内周面に連続しているスリップジョイント５部から進入させて、上記四塩化珪素と反応させて二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を析出させる。しかし、このままではスリップジョイント５部から進入する水蒸気濃度が減少して二酸化珪素の生成が実際上停止するので、更に、その補修窯２’の両側に配設された燃焼室３’の上部のフリュー孔１３’から、蒸気吹込み配管１７を通して水蒸気１６を導入する。この際、特に重要なことは、燃焼室３’の天井壁に設けられたフリュー孔１３’の上部から吹き込む水蒸気１６は、そのフリュー孔１３’内部に向けて吹き込み、そのフリュー孔１３’内周面に連続しているスリップジョイントから十分な水蒸気濃度のガスが進入して、上記操作で進入している四塩化珪素を含有するガス２６中の四塩化珪素と、水蒸気１６とがスリップジョイント５部の損傷部において反応し、二酸化珪素が析出し得るように、水蒸気１６の濃度を高めておくことである。
【００２０】
上記操作を繰り返すことにより、例えば、下層の珪石煉瓦と上層のシャモット煉瓦のように、材質が異なる耐火煉瓦の上下層間目地に、上記四塩化珪素を含有するガス２６と水蒸気１６とを交互に導入して、燃焼排ガス３０に添加された水蒸気２９が二酸化珪素の析出に寄与しない条件下にあっても、上下層煉瓦間のスリップジョイント５部の損傷部（目地切れ６ａや亀裂７、剥離１０等）に二酸化珪素ＳｉＯ₂を析出させる。このような条件にを満たすためには、上下層間目地に導入するガス中の四塩化珪素ＳｉＣｌ₄の濃度は、およそ１８％以上であることが望ましい。また、水蒸気１６単体の場合には特に問題はないが、水蒸気１６を搬送ガスで希釈した場合には、水蒸気含有量は、約２２０ｍｇ／Ｎｌ以上であることが望ましい。ＳｉＣｌ₄濃度及び水蒸気含有量が上記含有率以下であると、十分な層厚のＳｉＯ₂を析出させることが困難となるからである。
【００２１】
【実施例】
図１に示した各装置を配備した室炉式コークス炉１において、燃焼室３’のフリュー孔１３ａ’の一部のものから、水蒸気１６単体を吹込み、また、石炭装入孔１２’からは、ＳｉＣｌ₄ガス濃度約２０％以上のガスを吹き込んだ。それらの吹込み方法は、上記実施の形態で述べたように行ない、３０〜４０サイクルのＳｉＣｌ₄ガス含有ガス２６の補修窯２’への導入及び減圧と、両隣の燃焼室３’へのフリュウー孔１３’からの水蒸気１６の導入を繰り返した。この補修の結果、スリップジョイント５部からのガス洩れは完全になくなった。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、従来の補修方法では止めることができなかった、コークス炉炉頂部の壁の内部に存在するスリップジョイント部からのガス洩れを完全に止めることができる、室炉式コークス炉の炉頂部の壁の補修方法を提供することができ、工業上極めて有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコークス炉の炉頂壁補修方法の実施形態を説明する装置の縦断面模式図である。
【図２】図１のコークス炉炉頂部の概略斜視図である。
【図３】室炉式コークス炉の上部に構築された炭化室と燃焼室とを含む模式的一部断面斜視図を示す。
【図４】図３のＡＡ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ コークス炉
２ 炭化室
２ａ 天井壁（炭化室）
２’ 補修窯（要補修炭化室）
３、３’ 燃焼室
３ａ 天井壁（燃焼室）
４ 炉頂壁
５ スリップジョイント
６ 目地部
６ａ 目地切れ
７ 亀裂
８ 耐火煉瓦（上層）
９ 耐火煉瓦（下層）
１０ 剥離
１１ 隔壁
１２、１２’、１２” 石炭装入口
１３、１３’ フリュー孔
１３ａ、１３ａ’ フリュー孔出口
１４ ヘッダー管
１５ フレキシブルホース
１６ 水蒸気
１７ 水蒸気吹込み配管
１８ 水蒸気流量及び圧力調節弁
１９ 開閉弁
２０ ドレン抜き
２１ 四塩化珪素ガス含有ガス吹込み配管
２２ ガス流量及び圧力調節弁
２３ 開閉弁
２４ 配管取付け治具
２５ 排気装置
２６ 四塩化珪素ガス含有ガス
２７ 配管取付け治具
２８ 排気管
２９ 水蒸気
３０ 燃焼排ガス
３１ 燃焼炎
３２ 上昇気流（水蒸気添加有り）
３２’ 上昇気流（水蒸気添加なし）
３３ ガス導入孔（炉蓋の設けられたもの）
３４ 炉蓋

Claims (1)

1. 上部に燃焼室と炭化室とが水平方向に交互に配設され、当該燃焼室及び炭化室の炉頂部の壁の厚さ方向構造が上層と下層との２層の材質が異なる耐火煉瓦で構成された室炉式コークス炉の炉頂壁の補修方法において、
   前記炭化室内に四塩化珪素を含有するガスを供給して当該炭化室内部を加圧し、次いで、当該四塩化珪素を含有するガスの供給を停止し、当該炭化室内部を排気装置で減圧し、次いで、当該炭化室の両側に配設された前記燃焼室から水蒸気を添加した燃焼排ガスを導入し、前記材質が異なる耐火煉瓦の上下層間目地部、当該上下層間目地部に近接した損傷部に二酸化珪素を析出させ、更に、前記燃焼室の炉頂部の壁に設けられたフリュー孔の上部から、水蒸気を２２０ｍｇ／Ｎｌ以上含有したガスを当該フリュー孔内部に向けて吹き込み、当該フリュー孔の内周面に連続している前記目地部の前記損傷部に二酸化珪素を析出させることを特徴とする、室炉式コークス炉炉頂部の壁の補修方法。

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