JP4175199B2

JP4175199B2 - コークス炉の炭化室の補修方法

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Publication number: JP4175199B2
Application number: JP2003192623A
Authority: JP
Inventors: 浩明西尾
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005029585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は稼動中のコークス炉の炭化室の補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉は石炭を乾留してコークスを製造する炉である。この炉では、石炭を装入する炭化室と加熱ガスを発生させる燃焼室が炉壁を介して交互に配置されている。石炭の乾留に際しては、まず、常温の石炭が炭化室の上部に設けられた装入口から装入される。この常温の石炭の装入によって、炭化室側の炉壁が冷却されるが、燃焼室側から炉壁を通じて炭化室側へ熱が伝わり、炭化室側は再び昇温し、石炭に熱が伝えられる。そして、石炭の熱分解が起こり、乾留が進行する。乾留が終了すると、押し出し機側とコークス側の炉蓋が外され高温のコークスが押出機によりコークス側へ排出される。このようなプロセスの繰り返しにより、炉壁および炉底の加熱と冷却が繰り返される。
【０００３】
炉壁および炉底には、通常、珪石煉瓦が使用されている。この珪石煉瓦はクリストバライトとトリジマイトを主構成結晶相とし、１８〜２２％の開気孔を有している。炉壁および炉底は加熱、冷却の繰り返しにより、煉瓦間の目地や煉瓦本体に亀裂が発生する。これらの損傷が炭化室側から燃焼室側に進展して炉壁を貫通した状態になると、芳香族炭化水素を含む乾留ガスが炭化室から燃焼室へ漏洩するので、石炭の乾留は困難となりコークスを製造することができない。また、炭化室側の炉壁面および炉底面には、熱的スポーリング、コークス押し出しによる機械的な磨耗、カーボンの付着成長等による凹凸が発生する。この凹凸が大きくなると、コークスを押し出す際の圧力が過大になって炉壁煉瓦に割れが発生し、破片が脱落する。そして、脱落により凹凸がさらに大きくなる。また、乾留ガスが煉瓦の気孔に侵入して炭素を析出し、これを起点として炭素が成長して突起を形成する現象も起きる。これらの要因が重なって、押し出し機にかかる押圧が上昇し、状況によってはコークスの押し出しが不能になりコークスの生産に支障を来す。このため、炉壁および炉底の凹凸を補修して、平坦化する必要がある。
【０００４】
炉壁および炉底の補修方法については、幾つかの方法が公知である。例えば、空にした炭化室へ焼結性の耐火物粉末を気流輸送し、貫通亀裂部の閉塞を図るドライシール法が知られている。この方法による場合、一時的にガス漏れを減少させることは可能であるが、その効果を長続きさせることはできない。これは、貫通亀裂部を閉塞させた耐火物粉末が焼結した際に収縮するので、再び空隙が発生することは避けられず、この部位からガスが流通して、焼結片が飛散し、再び亀裂が拡大する。また、施工時に粉末が貫通亀裂部を通って反対側の燃焼室まで到達し、堆積すると、別の問題が生じる。すなわち、燃焼室から粉末を除去することは困難であり、これを放置すると、燃焼空間が狭まり、燃焼性能が低下する。
【０００５】
また、他の補修方法として、湿式吹き付け法が知られている。この方法は耐火性粉末に無機バインダーと水を加えて混合し、損傷部に吹き付ける方法である。
【０００６】
また、さらに、他の補修方法として、溶射法が知られている。溶射法には、耐火物粉末を酸素と燃料ガスからなる火炎中に投入する火炎溶射による方法（例えば、特許文献１参照。）、あるいは耐火物粉末に金属粉末を混合して炉内に噴射し、金属の燃焼によって火炎を形成するテルミット反応による方法（例えば、特許文献２参照。）などがある。
【０００７】
湿式吹き付け法や溶射法は乾留ガスの炭化室から燃焼室への漏洩の抑制に顕著な効果があるが、これらはいずれも補修部位に補修材を肉盛りする方法であり、補修前の凹凸を軽減することはできても平滑な面に修復することは原理的に困難である。このため、得られる補修層は、依然として表面に凹凸を有しており、前記の操業上の困難は解消されないという問題がある。また、湿式吹き付け方法においては水分の蒸発の吸熱が発生し、溶射法においては急激な局所加熱が不可避であり、施工にあたって熱衝撃の発生が避けられない。このため、補修部位に局所的な熱衝撃が加わり、煉瓦の劣化を引き起こすという問題もある。
【０００８】
また、前記のドライシール法、湿式吹き付け法、溶射法においては、補修に使用した耐火材料の一部が飛散して炉底に溜まり損失となる。このようなリバウンドロスが不可避であるという問題もある。
【０００９】
これに対して、平滑な補修面を形成することが可能なコークス炉の炉壁の修補修方法が知られている（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。特許文献３に記載の方法は、空窯になった際の高温の炉壁の表面に、平均組成でＳｉＯ₂を４０〜９５ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの中から選ばれる酸化物を合計で５〜３０ｗｔ％含有するセラミックシートを加圧密着させるものである。また、特許文献４に記載の方法は、セラミックシートと軟質金属フォイルの２層からなる補修シートを炉壁に加圧密着させるものである。セラミックシートの実施様態として、セラミッククロスや、セラミッククロスとこのセラミッククロスに担持させたセラミック粉末で形成されたものが記載されている。
【００１０】
上記のセラミックシートを用いる方法（セラミックシート圧着法）は、良好な平滑面を提供し、熱衝撃を加えないことにより煉瓦を痛めない等の長所を有している。また、煉瓦面のみならずドライシール法、湿式吹き付け法、溶射法を施した補修面の凹凸をも施工対象として平滑面に修復することができる。すなわち、他の補修方法で補修済みの部位を含めて、炭化室の炉壁全体の平滑化に適用可能である。
【００１１】
【特許文献１】
特公平３−９１８５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特公昭６２−１５５０８号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１１−５００５７号公報
【００１４】
【特許文献４】
特開２０００−３４４８５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のセラミックシート圧着法において、セラミックシートとして、セラミッククロスや、セラミッククロスとこのセラミッククロスに担持させたセラミック粉末で形成されたものを用いると、炉壁の凹凸が軽微である場合には十分な密着性を示し、良好な平滑面を形成可能であるが、炉壁の凹凸が大きい、例えば１０ｍｍを超える高低差のある場合などには、密着が不完全となり、セラミッククロスの補修層が剥離しやすくなるという問題がある。
【００１６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、コークス炉の炭化室内の炉壁面および炉底面に発生した凹凸面をセラミックシートの圧着により補修する方法であって、高低差の大きい凹凸面に対しても優れた密着性を示し、平滑な補修面を形成することができるコークス炉の炭化室の補修方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）コークス炉の炭化室の構造体の補修方法であって、該構造体の表面に生じた凹凸面に、易焼結性セラミック原料を接触させ、難焼結性セラミックシートを介して加圧治具により前記易焼結性セラミック原料を加圧し、該易焼結性セラミック原料の焼結が進行したのちに前記加圧治具を除去することにより前記構造体に平滑面を形成することを特徴とするコークス炉の炭化室の補修方法。
（２）易焼結性セラミック原料と難焼結性セラミックシートとの間にガラスシートを配置し、該ガラスシートと前記難焼結性セラミックシートとを介して前記易焼結性セラミック原料を加圧することを特徴とする（１）に記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
（３）易焼結性セラミック原料が粉末、混練物、フェルトの中から選ばれる１種または２種以上の形態を有することを特徴とする（１）または（２）に記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
（４）難焼結性セラミックシートがフェルト、クロス、ペーパー、ボードの中から選ばれる１種または２種以上の形態を有することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
（５）易焼結性セラミック原料が平均組成でＳｉＯ₂を４０ｍａｓｓ％以上含有することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明で補修対象とするのはコークス炉の炭化室の内面全体であり、炉壁（側壁）面、天井、炉底面に加えて、その他の珪石煉瓦部分や、過去に補修が行われ、補修材等が珪石煉瓦の表面を覆っている部分をも含み、これらを総称して、以下炭化室の構造体と呼ぶものとする。該構造体に発生した凹凸面を平滑面に修復するために、本発明が用いられる。
【００１９】
特許文献３等に記載の従来のセラミックシート圧着法は、例えば最大３ｍｍの深さの凹部を有する凹凸のような、比較的軽微な凹凸に適しており、大きな凹凸、例えば高低差が１０ｍｍを越える凹凸に対処するのは困難である場合がある。これは、従来のセラミックシート圧着法で用いられているセラミックシートの実施形態は２つあり、ひとつはセラミッククロス、もうひとつはセラミッククロスとこのセラミッククロスに担持させたセラミック粉末で形成されたものであるが、セラミッククロスは伸縮性に乏しく、高低差の大きい凹凸面においては加圧によって接触できる凹凸面上の面積割合は限られることに起因している。セラミッククロスを用いると、セラミックシートは炉壁との限られた接触部位から急速に加熱されて軟化し、溶融して溶融物となり、この過程で溶融物が炉壁表面の主たる接触部位である凸部から非接触部位である凹部へ流れ込み凹部を埋める工程が不完全となり、接着が不十分となる場合があるのである。
【００２０】
これに対して、本発明の補修方法においては、まず易焼結性セラミック原料が高低差の大きな凹凸面全体に密着を果たし、その後の工程において焼結の進行によって材料強度と接着力を発現するものである。
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。
【００２２】
図１は、本発明の補修方法をコークス炉炭化室構造体の炉底部に発生した凹凸面の修復に適用した場合の一実施形態を示す断面図である。稼働中のコークス炉の補修対象の窯を空にして炉蓋を解放してから、まず、構造体1の凹凸面発生部位にプラスチック袋に封入した所定量の易焼結性セラミック原料２を供給する。加圧治具４の平滑面に予め難セラミックシート３を貼り付けておく。加圧治具４を難セラミックシート３を介して易焼結性セラミック原料２の上に載荷する。所定時間経過後、加圧治具４を取り除いて除荷する。この間に、易焼結性セラミック原料２は焼結が進行して緻密化し凹凸面に密着した焼結体となる。その表面は平滑な面を形成する。難焼結性セラミックシートは焼結体表面に残留する。このような方法で、高低差１０ｍｍを越える凹凸面であっても、高低差１ｍｍ以下の平滑面に修復することができる。
【００２３】
図２も、本発明の補修方法をコークス炉炭化室構造体の炉底部に発生した凹凸面の修復に適用した場合の一実施形態を示す断面図である。図２において、基本的には図1と同様の手順を踏んで補修を実施するが、難焼結性セラミックシート３と易焼結性セラミック原料２との間にガラスシート５を挟んだことが特徴である。ガラスシート５は施工の過程で軟化溶融し、ガラスの皮膜を形成する場合や、焼結体の表層に浸透して気孔を埋める場合がある。どちらが起こるかは主として温度条件に依存する。このような方法で、高低差１０ｍｍを越える凹凸面であっても、高低差１ｍｍ以下の平滑面に修復するとともに乾留ガスの侵入を防止することができる。
【００２４】
図３は本発明の補修方法をコークス炉炭化室構造体の炉壁部に発生した凹凸面の修復に適用した場合の一実施形態を示す水平断面図である。炉壁の修復には空気圧駆動の加圧装置１２を用いる。この加圧装置１２では加圧治具４ａと加圧治具４ｂがそれぞれ連結板６ａと連結板６ｂとを介して主アーム７と連結され、また、副アーム８ａと副アーム８ｂを介して炉外にある連結板９ａと連結板９ｂと繋がり、さらに連結板９ａと連結板９ｂとは主アーム７と連結されている。主アーム７はエアシリンダー１０の伸縮により長手方向に往復動が可能であり、連結板９ａと連結板９ｂはリニアシャフト１１と連結されているので、主アーム７の運動により加圧治具４ａ、加圧治具４ｂ、副アーム８ａ、副アーム８ｂは主アーム７と直交する方向に、炉壁１ａと炉壁１ｂに向かう動きをし、加圧治具４ａと加圧治具４ｂにより炉壁１ａと炉壁１ｂに荷重を掛けることが可能となる。そこで、加圧治具４ａと加圧治具４ｂにそれぞれ難焼結性セラミックシート３ａ、難焼結性セラミックシート３ｂを貼り付けておく。図３は炉壁１ａと炉壁１ｂのうち、凹凸面の高低差の大きい炉壁１ｂに発生した凹凸面に本発明の修復方法を施す場合であるので、難焼結性セラミックシート３ｂに接触してプラスチック袋に封入した所定量の易焼結性セラミック原料２を貼り付けて、加圧治具４ａと加圧治具４ｂを閉じて、加圧治具４ａと加圧治具４ｂの間隔を狭くしておき、炭化室に挿入しやすい状態にする。
【００２５】
上記の装置を用いて補修を行うには、まず、稼働中のコークス炉の補修対象の炭化室（窯）を空にして炉蓋を解放してから、加圧装置１２の先端を炉内に挿入し、補修を施す個所に加圧治具３ｂが来るように位置決めをし、直ちにエアシリンダー１０に圧縮空気を送って伸長させ加圧治具４ａと加圧治具４ｂを開の状態（加圧治具４ａと加圧治具４ｂの間隔が広くなる状態）にする。これにより加圧治具４ａは炉壁１ａに加圧治具４ｂは炉壁１ｂに荷重を加えることとなり、易焼結性セラミック原料２は炉壁１ｂの凹部に侵入するとともに平滑面を形成する。この状態で所定時間保持してからエアシリンダー１０を使って加圧治具４ａと加圧治具４ｂを閉じて、加圧装置１２を移動させることにより炉外に引き抜く。この間に易焼結性セラミック原料２は焼結し緻密化する。難焼結性セラミックシート３ａと難焼結性セラミックシート３ｂは炉内に残留する。このような方法で、炉壁１ｂに発生した凹凸面が高低差１０ｍｍを越えるものであっても、高低差１ｍｍ以下の平滑面に修復することができる。
【００２６】
なお、稼働中のコークス炉での実施態様について示したが、コークス炉は停止後や休止中であってもよい。補修のために炉壁や炉底の凹部に充填した易焼結性セラミック原料が焼結する程度の炉温を維持した状態であれば稼働中、休止中を問わない。
【００２７】
本発明においては、前工程において易焼結性セラミック原料が大きな凹凸面全体に密着を果たし、後工程において焼結の進行によって材料強度と接着力を発現するものであり、易焼結性セラミック原料は極めて大きな変形能あるいは流動性を有することが望ましい。易焼結性セラミック原料とは、稼働中のコークス炉の炭化室構造体から供給された熱によって焼結が進行して緻密になり焼結体となるセラミック原料を指し、高低差の大きい凹凸面全体との密着を果たすために、以下の第１〜第３のような形態をとることが望ましい。
【００２８】
第１の形態は粉末である。より好ましくは可燃性袋入り粉末である。易焼結性セラミック原料が粉末の場合、流動性の良好なものを用いることが好ましく、粉末の充填物に対して加圧することによって１０ｍｍを越える高低差の凹凸面に対しても空隙を生じることなく密着させることが容易に可能となる。可燃性袋はビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ乳酸等の可燃性樹脂あるいは紙からなる袋である。該袋に封入された粉末は塊として補修部位に接触することが可能となり、接触開始後ただちに加圧治具により加圧することによって、粉末は袋の破損と焼損を伴いながら凹部へ移動して凹部を埋め尽くす。これは軽微な凹凸から高低差１０ｍｍを超える大きな凹凸に至るまで凹凸の大小にかかわらず可能となる。これに対して、もし袋による拘束がないと粉末の多くは加圧治具により拘束される部位から無加圧域に逃げて原料の損失が増える。粉末を袋に封入して塊として扱う方法は、重力の掛かる方向とは異なる方向に加圧する炉壁の補修の場合に粉末の落下脱落を防止するのに特に効果がある。
【００２９】
第２の形態は混練物である。ここでいう混練物はセラミック粉末と水を主成分として、必要に応じて無機あるいは有機バインダーを加えて混練して得られる物であり、液状のスラリーから高粘性の可塑体までを包含する。混練物は凹部への無加圧での流れ込みあるいは加圧による塑性流動により凹部をそれが深くても容易に埋めることができる。このためには適正な水分量の選択が重要である。混練物は必要に応じて前記の可燃性袋に封入してもよい。可燃性袋は混練物の流動をそれが破損あるいは焼損するまで拘束することによって混練物が無加圧域に過度に逃げるのを防止する。また、これはスラリーを炉壁に適用する場合に混練物の脱落防止に特に効果が大きい。
【００３０】
第３の形態は長繊維である。易焼結性セラミック原料が長繊維の場合、フェルトとすることが好ましい。特許文献３等に記載のセラミッククロスが薄く弾力性が乏しいのに対して、セラミックフェルトは弾力性に富み加圧により変形して凹部に行き渡り高低差の大きい凹凸面との良好な接触が得られる。セラミックフェルトはセラミック長繊維を任意の方向に積層して絡み合わせて得られるセラミックシートであって、低密度と優れた弾力性に特徴がある。例えば、無加圧状態で厚さ１５０ｍｍ、嵩密度０．１ｇ／ｃｍ³のホウケイ酸ガラスフェルトを平滑な面に接触させて、厚さ方向に常温で１００ｇ／ｃｍ²の圧力で荷重をかけると厚さ３５ｍｍまで縮み、除荷すれば元の１５０ｍｍに戻る。このように、セラミックフェルトは極めて弾力性に富んでいる。本発明者は、セラミックフェルトを煉瓦の凹凸のある面に接触させて、厚さ方向に常温で１０ｇ／ｃｍ²以上のわずかな圧力で荷重をかけると、セラミックフェルトは厚さ方向に収縮して構造体の凹部に食い込み、凹凸面に容易に密着することを見出した。セラミックフェルトを空窯にしたコークス炉の炉壁表面に加圧して押しつければ、含有成分が溶融する前の加圧段階ですでに炉壁煉瓦の凹凸にセラミックフェルトを密着させることができるので、後続の溶融段階で密着界面全体にわたって溶融成分が煉瓦の気孔に浸透する。このため、セラミックフェルトが溶融緻密化してできた表層膜と煉瓦との強固な接着が達成される。易焼結性セラミックフェルトとしてホウケイ酸ガラス繊維とシリカ繊維を混紡して製造したものも好適に適用できる。
【００３１】
また、易焼結性セラミック原料はその焼結体と珪石煉瓦との熱膨張差が小さいことが好ましい。これは補修材の剥離を防止するためであり、主成分をＳｉＯ₂とすることにより、目的が達せられる。すなわち、易焼結性原料は平均組成でＳｉＯ₂を４０ｍａｓｓ％以上含有することが好ましい。ＳｉＯ₂のほか、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ₂等を加えてこれらの複合酸化物としてもよい。また、適量のＢ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏを含有すると、焼結を促進するので好ましい。この目的のために、珪砂、ろう石等の天然原料を加えてもよい。また、ホウケイ酸ガラスのカレットあるいはホウケイ酸ガラス繊維を磨り潰したミルドファイバーを加えてもよい。
【００３２】
易焼結性セラミック原料は、主成分をＡｌ₂Ｏ₃としてもよいが、この場合、Ａｌ₂Ｏ₃が加わることにより補修材料の熱膨張率が大きくなり珪石煉瓦との接着部において補修材料と珪石との熱膨張差が拡大することにより、歪が発生しやすくなる。かかる歪は過大になると亀裂の発生を引き起こす。適度の割合で気孔を付与することで、歪を軽減することが可能であり、これによりＡｌ₂Ｏ₃を主成分のひとつに加えることが可能となる。気孔率は原料の粒度分布を調整することで行うのが簡便である。すなわち、粒度分布を狭くすれば気孔率は増加し、広くすれば減少する。主成分をＡｌ₂Ｏ₃とする場合は、気孔率を１８％以上とすることが好ましい。
【００３３】
加圧治具の押圧面は平滑面であることが好ましい。また、加圧治具の平滑面は耐熱材料で構成することが好ましく、セラミックスまたは金属を用いることが望ましい。珪石煉瓦を使用してもよい。炭化珪素、窒化珪素、安定化ジルコニアも好適である。ニッケル合金、コバルト合金、耐熱鋼も適用できる。加圧治具の平滑面を直接、易焼結性セラミック原料と接触させると、焼結の進行に伴う収縮を該平滑面が阻害することにより焼結体に亀裂が発生したり、加圧治具の平滑面に固着して加圧治具の除去に支障をきたす場合がある。この問題を難焼結性セラミックシートを適用することで解決する。すなわち、難焼結性セラミックシートを加圧治具と易焼結性セラミック原料との間に挟んだ状態で易焼結性セラミック原料を加圧して補修を行う。難焼結性セラミックシートは焼結体の加圧治具への固着を防止し、かつ、易焼結性セラミック原料の焼結に伴う収縮に追従することにより亀裂の発生を防止する。
【００３４】
難焼結性セラミックシートの形態としてセラミックフェルト、セラミッククロス、セラミックペーパー、セラミックボードが好適である。また、これらを組み合わせてもよい。これらは熱膨張する加圧治具と焼結収縮する易焼結性原料の双方にそれ自身の変形により追従できる。これらを構成する繊維材料としてシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、ムライト等が好適である。難焼結性セラミックシートは難焼結性を発現するためにＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃等の融点降下をもたらす成分を低減する必要があり、これらの成分を合計で、好ましくは１０ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは５ｍａｓｓ％以下とする。加圧処理後、加圧治具を取り除くと難焼結性セラミックシートは焼結体側に付着残留する。難焼結性セラミックシートはコークス炉の操業再開後の早い段階で製品コークスとともに排出されて消失し、平滑面を有する焼結体、すなわち補修層が残留する。
【００３５】
さらに、難焼結性セラミックシートと易焼結性セラミック原料の間にガラスシートを挟むことが好ましい。該ガラスシートは加圧工程で軟化あるいは溶融して焼結体の表面を覆う。これは石炭の乾留時に発生する乾留ガスの気孔への侵入を防ぐことにより補修層中への炭素の析出とそれを起点とする補修層からの炭素成長が引き起こす突起生成を防止するのに効果がある。該ガラスシートとしてホウケイ酸ガラスが好適であり、形態としてはフェルト、クロス、ペーパーのいずれでもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１８ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角、高さ１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末（ＳｉＯ₂：７７％、Ａｌ₂Ｏ₃：１７％、焼結開始温度８５０℃）４０ｇを充填し、難焼結性セラミックシートとして厚さ２ｍｍのセラミックペーパー（ＳｉＯ₂：４７％、Ａｌ₂Ｏ₃：４３％）で覆い、その上から４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を載せてマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で１１００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の焼結体（平均厚さ約１３ｍｍ）により覆われていた。上面は厚さ方向に潰れたセラミックペーパーにより覆われていた。これは容易に削り取ることができ焼結体の上面を露出させた。この面の高低差は1ｍｍ以下でありセラミックペーパーの面が転写されており平滑性は良好であった。切断して珪石煉瓦と焼結体の界面を１００倍の顕微鏡で観察したところ接合状態は良好であった。
【００３７】
（実施例２）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１２ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角、高さ１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−ＭｇＯ系粉末（ＳｉＯ₂：６５．３％、ＭｇＯ：２９．２％、Ｎａ₂Ｏ：２．８％、Ｌｉ₂Ｏ：２．７％）４０ｇを充填し、難焼結性セラミックシートとして厚さ２ｍｍのセラミックペーパー（ＳｉＯ₂：４７％、Ａｌ₂Ｏ₃：４３％）で覆い、その上から４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を載せてマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で１２００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の焼結体（平均厚さ約１３ｍｍ）により覆われていた。上面は厚さ方向に潰れたセラミックペーパーにより覆われていた。これは容易に削り取ることができ焼結体の上面を露出させた。この面の高低差は１ｍｍ以下でありセラミックペーパーの面が転写されており平滑性は良好であった。切断して両者の界面を１００倍の顕微鏡で観察したところ接合状態は良好であった。
【００３８】
（実施例３）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１３ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角、高さ１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料としてガラスミルドファイバー（繊維径：９μｍ、繊維長：１ｍｍ未満の粉末、ＳｉＯ₂：５６％、Ａｌ₂Ｏ₃：１４％、ＭｇＯ：３％、Ｎａ₂Ｏ：０．８％、Ｂ₂Ｏ₃：９％）４０ｇを充填し、難焼結性セラミックシートとして厚さ０．６ｍｍのシリカクロス（ＳｉＯ₂：９５．３％、Ａｌ₂Ｏ₃：４．０％）で覆い、その上から４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を載せてマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で９００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の焼結体（平均厚さ約１６ｍｍ）により覆われていた。上面はシリカクロスにより覆われていた。これは容易に削り取ることができ焼結体の上面を露出させた。この面の高低差は１ｍｍ以下でありシリカクロスの面が転写されており平滑性は良好であった。切断して両者の界面を１００倍の顕微鏡で観察したところ接合状態は良好であった。
【００３９】
（実施例４）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１０ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角、高さ１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料として４０ｍｍ角、厚さ１０ｍｍのガラスフェルト（ＳｉＯ₂：５４％、Ａｌ₂Ｏ₃：１４％、ＭｇＯ３％、Ｎａ₂Ｏ：０．５％、Ｂ₂Ｏ₃：１０％）２５枚、２３ｇを積層し、難焼結性セラミックシートとして厚さ０．６ｍｍのシリカクロス（ＳｉＯ₂：９５．３％、Ａｌ₂Ｏ₃：４．０％）で覆い、その上から４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を載せて鋼製ホルダーの中に押し込みマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で９００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の焼結体（平均厚さ約１２ｍｍ）により覆われていた。上面はシリカクロスにより覆われていた。これは容易に削り取ることができ焼結体の上面を露出させた。この面の高低差は１ｍｍ以下でありシリカクロスの面が転写されており平滑性は良好であった。切断して両者の界面を１００倍の顕微鏡で観察したところ接合状態は良好であった。
【００４０】
（実施例５）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１１ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角高さ、１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−ＭｇＯ系粉末（ＳｉＯ₂：６５．３％、ＭｇＯ：２９．２％、Ｎａ₂Ｏ：２．８％、Ｌｉ₂Ｏ：２．７％）４０ｇを充填し、その上にガラスシートとして厚さ１．６ｍｍのガラスクロス（ＳｉＯ₂：５４％、Ａｌ₂Ｏ₃：１４％、ＭｇＯ：３％、Ｎａ₂Ｏ：０．５％、Ｂ₂Ｏ₃：１０％）を載せ、さらにそれを難焼結性セラミックシートとして厚さ２ｍｍのセラミックペーパー（ＳｉＯ₂：４７％、Ａｌ₂Ｏ₃：４３％）で覆い、その上から４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を載せてマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で１２００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の焼結体（平均厚さ約１３ｍｍ）により覆われていた。上面は厚さ方向に潰れたセラミックペーパーにより覆われていた。これは容易に削り取ることができ焼結体の上面を露出させた。この面の高低差は１ｍｍ以下でありセラミックペーパーの面が転写されており平滑性は良好であった。また、ガラスクロスが溶融して焼結体に浸透して光沢を有しており気孔の閉塞が進行していた。切断して両者の界面を１００倍の顕微鏡で観察したところ接合状態は良好であった。
【００４１】
（比較例１）コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採取し４０ｍｍ角で切り出した。この珪石煉瓦片には炭化室側の壁面に対応する面に高低差１２ｍｍの凹凸があった。この凹凸面を上にして、鋼製ホルダー（４１ｍｍ角、高さ１００ｍｍの上下に貫通したキャビティを有する）へ挿入し、この面に易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末（ＳｉＯ₂：７７％、Ａｌ₂Ｏ₃：１７％、焼結開始温度８５０℃）４０ｇを充填し、その上に４０ｍｍ角、高さ１００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）加圧治具を直接載せてマッフル炉に入れた。１５℃／分の昇温速度で１１００℃まで加熱し、３０分間保持後放冷した。このような処理を施した焼結体は一部が加圧治具に固着し、一部は破片となり、残部は珪石煉瓦の上面に固着しており、平滑面は得られなかった。このように、難焼結性セラミックシートが加圧治具と易焼結性セラミック原料の間に挿入されないと焼結体の亀裂が避けられず平滑面に修復することは困難であった。
【００４２】
（実施例６）稼働中のコークス炉のコークス側窯口の炉底煉瓦が２５０ｍｍ幅で抉れて約３０ｍｍ深さの凹部が発生していた。コークス側窯口の炉底煉瓦は燃焼室からの伝熱によって最高１２４０℃まで上昇する部位である。この部位を平滑化するために、易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末（ＳｉＯ₂：７７％、Ａｌ₂Ｏ₃：１７％、焼結開始温度８５０℃）を１０ｋｇビニル袋に封入して用意した。また、難焼結性セラミックシートとして幅４８０ｍｍ、奥行き３００ｍｍ、厚さ２ｍｍのセラミックペーパー（ＳｉＯ₂：４７％、Ａｌ₂Ｏ₃：４３％）も用意した。載荷面寸法が幅４８０ｍｍ、奥行き３００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）のウエイト（質量１３０ｋｇ）を加圧治具として用意し、この下面に前記セラミックペーパーを貼り付けた。
【００４３】
空窯にし、炉蓋を外し、前記凹部にＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末入りビニル袋を投入した。袋はすぐに燃焼して粉末が露出した。ただちに、鋼製治具で表面を均して約１０ｍｍ盛り上がるようにし、その上に前記ウエイトを載せた。ついで、炉蓋を閉じて放熱を防ぎ、３０分間保持後、再び炉蓋を解放した。ウエイトを取り除いたところ、セラミックペーパーで被覆された平滑面の形成が確認された。炉蓋を閉じてから、約１２時間空窯のまま加熱されるままとしてから、装炭を行いコークス製造を再開した。この補修部位は６ケ月後の観察でも施工時の平滑面を保持しており、本発明による平滑化補修の効果があることが確認された。
【００４４】
（実施例７）稼働中のコークス炉のコークス側窯口の炉壁煉瓦が２５０ｍｍ幅で抉れて約３０ｍｍ深さの凹部が発生していた。コークス側窯口の炉壁煉瓦は燃焼室からの伝熱によって最高１２４０℃まで上昇する部位である。この部位を平滑化するために、易焼結性セラミック原料としてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末（ＳｉＯ₂：７７％、Ａｌ₂Ｏ₃：１７％、焼結開始温度８５０℃）を１０ｋｇ、ビニル袋に真空封入して用意した。また、難焼結性セラミックシートとして高さ３００ｍｍ、奥行き３００ｍｍ、厚さ２ｍｍのセラミックペーパー（ＳｉＯ₂：４７％、Ａｌ₂Ｏ₃：４３％）も用意した。加圧治具の載荷面寸法を高さ３００ｍｍ、奥行き３００ｍｍの耐熱鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）とした図３に記載の加圧装置を用い、加圧治具に前記セラミックペーパーを貼り付け、さらにこの面に前記真空封入ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末を粘着テープで固定した。
【００４５】
空窯にし、炉蓋を外し、加圧装置先端の加圧治具部を前記壁面凹部に位置決めして圧縮空気操作によりＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系粉末入りビニル袋を凹部に押し当てた。荷重は１００ｋｇである。袋はすぐに燃焼した。３０分間荷重を保持してから、除荷し加圧装置を引き抜いたところ、セラミックペーパーで被覆された平滑面の形成が確認された。炉蓋を閉じてから、約１２時間空窯のまま加熱されるままとしてから、装炭を行いコークス製造を再開した。この補修部位は６ケ月後の観察でも施工時の平滑面を保持しており、本発明による平滑化補修の効果があることが確認された。
【００４６】
稼働中のコークス炉の炉壁の補修をシミュレートした上記の基礎実験および実機における施工結果から、凹凸面に、易焼結性セラミック原料を接触させ、難焼結性セラミックシートを介して加圧治具の平滑面を該易焼結性セラミック原料に押し当てて載荷し、焼結を進行させてのち除荷することにより、凹凸面が高低差１０ｍｍを越える場合であっても耐久性のある平滑面に修復することができることがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明方法によれば、コークスの押し出し操作時に抵抗となる大きな凹凸面を耐久性のある平滑面に修復することができる。このため、コークスの押し出しが容易となり、炉壁面および炉底面を傷めることがない。従って、補修後の平滑な炉壁面および炉底面を維持することができ、長期間にわたって安定したコークス炉の操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補修方法の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の補修方法の一実施形態を示す断面図。
【図３】本発明の補修方法の一実施形態を示す水平断面図。
【符号の説明】
1：構造体、
１ａ、１ｂ：炉壁、
２：易焼結性セラミック原料、
３（３ａ、３ｂ）：難セラミックシート、
４（４ａ、４ｂ）：加圧治具、
５：ガラスシート、
６ａ、６ｂ：連結板、
７：主アーム、
８ａ、８ｂ：副アーム、
９ａ、９ｂ：連結板、
１０：エアシリンダー、
１１：リニアシャフト、
１２：加圧装置

Claims

コークス炉の炭化室の構造体の補修方法であって、該構造体の表面に生じた凹凸面に、易焼結性セラミック原料を接触させ、難焼結性セラミックシートを介して加圧治具により前記易焼結性セラミック原料を加圧し、該易焼結性セラミック原料の焼結が進行したのちに前記加圧治具を除去することにより前記構造体に平滑面を形成することを特徴とするコークス炉の炭化室の補修方法。
易焼結性セラミック原料と難焼結性セラミックシートとの間にガラスシートを配置し、該ガラスシートと前記難焼結性セラミックシートとを介して前記易焼結性セラミック原料を加圧することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
易焼結性セラミック原料が粉末、混練物、フェルトの中から選ばれる１種または２種以上の形態を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
難焼結性セラミックシートがフェルト、クロス、ペーパー、ボードの中から選ばれる１種または２種以上の形態を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のコークス炉の炭化室の補修方法。
易焼結性セラミック原料が平均組成でＳｉＯ₂を４０ｍａｓｓ％以上含有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコークス炉の炭化室の補修方法。