JP4777034B2 - コークス炉炉壁の煉瓦積構造 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉を構成している耐火物のうち、炭化室と燃焼室フリューの炉壁煉瓦において、熱亀裂を防止し、変形を抑制して炉壁の長寿命化を実現するための、炭化室と燃焼室フリューの炉壁煉瓦の煉瓦積構造に関する。

まず、コークス炉の概要を図１により説明する。
図１において、１は炭化室、２は燃焼室、３は蓄熱室をそれぞれ示し、４は珪石煉瓦により構成される炭化室壁である。炭化室１は炉団方向５に数十門設置される。操業に際しては炭化室１内に石炭を装入しておき、蓄熱室３から加熱した空気またはガスを燃焼室２へ送ってそこで燃焼させ、この高温にした燃焼室２により炭化室壁４を介して炭化室１内の石炭を間接加熱し、石炭を乾留することになる。

図２に典型的な炉壁の煉瓦積の状態を示す。図２（ａ），（ｂ）は炉壁煉瓦の平面図を示し、図２（ｃ）はその正面図を示す。図２（ａ）〜（ｃ）において、炉壁煉瓦は炉高方向７に交互（偶数段、あるいは奇数段）に配置されている。８は燃焼室フリューであり、炉長方向６に複数並ぶ。９は炭化室１と燃焼室フリュー８との仕切り壁であるロイファー部であり、１２は燃焼室フリュー８同士の仕切り壁であるビンダー部を示す。ロイファー部９は炭化室１と燃焼室フリュー８との間のロイファー煉瓦１０と、ビンダー部１２の煉瓦１３との交差部を有するロイファー煉瓦１１（形状より通常ハンマー煉瓦と呼ばれる）から成る。該交差部は図２（ｂ）の円内１４のように必ずしもハンマー形状とは限らない。

図３は各段を構成する一般的な煉瓦積み構造の詳細図を示す。１０はロイファー煉瓦、１３はビンダー煉瓦、１１はビンダー煉瓦１３と交差部１５を有するロイファー煉瓦である。煉瓦と煉瓦の合わせ面を目地と称し、通常、上下敷き目地部１６、及び縦目地部１７からなり、各目地には凹凸嵌合部（ダボ部）１８を有し、煉瓦積み構造強度を上げるとともに、シール性を高める働きがある。また、炉壁煉瓦の上下の積み方は、図２（ｃ）に示す通り、縦目地が炉高方向７に連続するのを避けるため、一段毎に縦目地を交互にずらせ、敷き目地は水平に連続させて積むのが一般的方法である。図２（ｃ）中の破線はビンダー煉瓦１３の位置を示す。

コークス炉の炉壁については、建設時の不均一加熱および操業時の表面温度差等により誘起される熱応力、石炭乾留中の石炭膨張圧、コークス押し出し時の側圧等により発生する圧力に対し、十分な強度を有し、かつ座屈に対して十分な余裕が要求される。また、コークス炉は壁一枚を通しての間接加熱による乾留であり、燃焼室フリューと炭化室間は勿論のこと、相隣り合う燃焼室フリュー同志の気密性が重要となる。従って、コークス炉壁を構成する単体煉瓦は、これらの熱変形、外力に対して強い形状であるとともに、その煉瓦の組み合わせによる気密性、かつ良好な熱伝導性が得られることが必要である。

次にコークス炉煉瓦の損傷原因を以下に説明する。コークス炉の損傷を、（１）ロイファー部炉高方向の縦貫通亀裂、（２）炉壁変形、（３）煉瓦の割れ・破孔、（４）煉瓦材質劣化その他、に分けて考える。

まず、（１）ロイファー部炉高方向の縦貫通亀裂について説明する。
図４はロイファー煉瓦に見られる縦貫通亀裂の例を示す正面図である。通常、ロイファー煉瓦は図４（ａ）のように、点線で示す燃焼室フリュー部分に目地のある煉瓦１９と目地のない煉瓦２０が高さ方向に交互に積重ねられている。この状態に、操業に伴う熱負荷の繰返しが作用すると、以下のメカニズムにより、図４（ｂ）に示すように、ロイファー部に目地のある煉瓦１９の目地２１は開き、同目地部の上下に隣接する煉瓦２０に亀裂２２が発生し、最終的に高さ方向に亀裂と目地開きが交互に連続発生し、貫通した亀裂となる。

図５は、亀裂発生のメカニズムを示す平面図である。図中実線はロイファー部に目地のある煉瓦１９を示し、図中破線はロイファー部に目地の無い煉瓦２０を示す。炭化室に石炭がない状態では、燃焼室内の高温ガスからの熱伝導を受けて煉瓦全体が高温となり、長手方向の応力は通常圧縮応力２３となり、ビンダー部の目地部を起点に炭化室側への迫り出し変形２５を起こそうとする。その状態で炭化室に石炭が装入された場合、炭化室表面は数１００℃以上の温度降下を引き起こす。この時に、炭化室表面の応力状態は引張応力２４となり、目地のある段の煉瓦１９は目地部を中心に開き変形２６を起こそうとする。

しかしながら、該目地のある煉瓦１９の上下段の煉瓦２０に目地はなく、目地近傍は目地開きの影響を受けて大きな剪断力を受ける。図６は、目地のない煉瓦２０に発生する炉長方向の応力分布２８、目地のある煉瓦１９に発生する同方向の応力分布３０、及び両煉瓦間に発生する剪断応力分布２９を示す。煉瓦表面はミクロにみれば相当に粗く、亀裂起点となり得る微細な凹凸が存在する。そのため、目地の直上、直下の煉瓦２０の目地近傍は上記の、引張応力に加えて大きな剪断応力を受けるため、過大となって亀裂を引き起こす。亀裂は上下方向のどこに最初に入るかは不確定だが、一箇所に入ると、前記剪断力はさらに大きくなって亀裂の入った煉瓦の次の段に伝播するため、最終的にはコークス炉の高さ方向に貫通した亀裂となる。

なお、図５に示すように、ビンダー煉瓦と交差部を有するロイファー煉瓦の近傍２７は通常目地が複数あり、ロイファー煉瓦はここをピボットに変形するため、目地は閉じる傾向にあるので、目地がロイファー部にあるときのような亀裂の伝搬はあまり起きないことが実績的にも示されている。

次に（２）炉壁変形について説明する。
図７は、炉壁変形を説明する平面図である。図７において、８は炉長方向６に複数並ぶ各燃焼室フリューを示す。９はロイファー部を、１２はビンダー部を示す。コークス炉炉壁はコークスの押し出し（３１は押し出し方位）、押詰りや、石炭乾留中の石炭膨張圧によって多大な側圧３２を受ける。結果、炉壁は３３のような張り出し変形を受ける。炭化室は燃焼室フリュー８の両側にあるため、変形は炉団方向の張り出し変形３３と、３３と逆方向の張り出し変形３４の方向に交互に受けることになる。煉瓦には目地が存在するが、通常ダボによって拘束を受けるため、側圧に対する剛性を保っているが、前記のような縦貫通亀裂が発生した場合、剛性が低下するため炭化室面の中央が窪むような変形を起こす。コークスを押出した時に、炉壁が変形していると壁近傍のコークスの流れを阻害するため、押し出し抵抗が増加し、最悪の場合には押し詰りが発生する。押し詰りは炉の変形をさらに助長するため、側圧の増加をきたす悪循環を引き起こす。この頻度が高くなってくると炉は使用できなくなる。また、目地や亀裂部分にはカーボンが侵入し、これが蓄積していくと、残留変形量が逐次増加していくことになり、これも悪循環の一因となる。

次に（３）煉瓦の割れ・破孔について説明する。
図８は縦貫通亀裂３５（図４（ｂ）における目地２１と亀裂２２が連続したもの）が発生した後の、煉瓦挙動を示す平面図である。図８に示すように、ロイファー煉瓦に縦貫通亀裂３５が形成され、さらに、押し詰り等による局所的な集中荷重３６が発生した場合、ロイファー煉瓦がその端部３７を回転中心として燃焼室側に回転（３８）し易くなり、破孔に至る可能性がある。また、炉壁の変形が大きくなると、煉瓦の角と角が接触することによって、角欠け３９と称する煉瓦の割れが発生し、変形に伴う煉瓦の回転拘束が弱まるため、結果的に炉壁の剛性低下を引き起こし、変形を助長することになる。

次に（４）煉瓦材質劣化その他について説明する。
通常、煉瓦には珪石煉瓦が用いられるが、高温での経年的な利用により劣化を起こし、素材の持つもともとの強度が低下する。加えて、煉瓦表面は常に石炭やコークスによって摩擦を受けたり、石炭装入時における急冷・急熱の繰返しによってスポーリングが発生するため、表面性状は次第に悪化する。これらは、亀裂の発端となったり、押し出し時の抵抗となって、変形を促進させたり、と言った前述の（１）〜（３）に示した各損傷を助長し、悪循環の一因となってしまう。

ところで、現在のコークス炉の築炉法では、機側での煉瓦積みは一般的には人手により行われるため、煉瓦一つ当りの重量には制約がある。機械的、あるいは機械的な補助具による作業を考慮すればその限りではないが、２０ｋｇｆ以下が望ましいとされる。

このような実情に鑑みて、従来、コークス炉を構成している耐火物のうち、炭化室と燃焼室フリューの炉壁煉瓦において、熱亀裂を防止し、変形を抑制して炉壁の長寿命化を実現するための炉壁煉瓦の煉瓦積み構造として以下のものがある。

例えば、小口煉瓦の配置によって、炉壁にかかる力を分散して全体の強度を上げようとするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の構成では、コークス炉用加熱壁は、一定の間隔をおいた一対の長手壁が炉室に平行して延びており、かつ、その長手壁間にまたがる一定の間隔をおいて横に並べた多数の小口壁によって隔離保持されている。そして、小口壁における煉瓦の各横の層が長手壁における隣接して積層された２つの横の層の間へ垂直方向に変位させている構成が採用されている。
しかしながら、この特許文献１に記載の構成では、小口煉瓦近傍に目地が集中し、煉瓦の回転拘束が弱いため、何らかの原因でロイファー煉瓦に亀裂が入った場合は全体の剛性が低下するおそれがある。

また、炉壁の薄壁化および炉壁の剛性の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。
特許文献２には、ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦とを組み合わせて炭化室および燃焼室炉壁を構成してなるコークス炉における薄壁式コークス炉炉壁煉瓦積構造が示されている。この煉瓦積構造において、前記ロイファー煉瓦の一端における両側縁形状を、前記ロイファー煉瓦の厚みにほぼ等しい長さのロイファー煉瓦端面接合部と、該端面接合部に続きロイファー煉瓦長手方向に延びるフランジ部と、該フランジ部に続きビンダー煉瓦中心に向って絞った曲率部とを有する如く形成している。
特許文献３には、ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦とを、それぞれの接合端部に設けた凹凸嵌合部によって組み合わせて炭化室および燃焼室炉壁を構成してなるコークス炉における、薄壁式コークス炉炉壁煉瓦積構造が示されている。この煉瓦積構造において、相隣るビンダー煉瓦中心管の距離ｌを基準値として、これと前記ビンダー煉瓦中心線からロイファー煉瓦との接合端面までの距離ａとの比ｌ／ａ、ロイファー煉瓦の厚みｄと前記嵌合部における突起の半径ｇとの比ｇ／ｄを、ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦との接合部分およびロイファー煉瓦の中央付近における強度がほぼ同等になる如く設定してある。
しかしながら、これら特許文献２，３に記載の構成では、ビンダー煉瓦近傍に目地が集中し、煉瓦の回転拘束が弱いため、何らかの原因でロイファー煉瓦に亀裂が入った場合は全体の剛性が低下するおそれがある。

そして、炉長手方向の炭化室煉瓦の変形拘束と滑り面の併用によって、煉瓦の熱亀裂を防止しようとするものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
しかしながら、この特許文献４に記載の構成では、上下方向の段積みの中に滑り面を設定することになるが、煉瓦表面の状況によっては滑りが十分に起きず、結果的に目地部起点に亀裂が入る可能性が高い。

また、コークス炉の炉壁煉瓦において、煉瓦形状を五角形以上の多角形にして、強度を上げようとするものが知られている（例えば、特許文献５参照）。
しかしながら、この特許文献５に記載の構成では、構造的な複雑さから、特にビンダー煉瓦との結合部分に問題があり、実現は困難と思われる。

さらに、煉瓦の種類を低減すると共に強度アップを図ったものが知られている（例えば、特許文献６参照）。
この特許文献６に記載の構成は、それぞれ同じ長さのＴ字形連結部材部分を有し、仕切り壁を形成する短いＴ字形はりを有する成形煉瓦と、仕切り壁を形成する長いＴ字形はりを有する成形煉瓦と、の２種類の異なる形状の成形煉瓦にて、コークス炉炉室を構築するものである。
しかしながら、この特許文献６に記載の構成では、ロイファー部に目地をもつ構造となっており、亀裂発生の問題解決にはなっていない。

そして、ロイファー煉瓦壁厚を規定するものが知られている（例えば、特許文献７参照）。
この特許文献７に記載の構成では、垂直な加熱煙道に分割される過熱壁を有するコークス炉において、長手積み煉瓦の厚さは６０ないし８０ｍｍとし、小口積み煉瓦の厚さが７０ないし９０ｍｍとされている。
しかしながら、この特許文献７に記載の構成では、煉瓦の目地位置に強度向上の工夫が見られるものの、小口煉瓦近傍に目地が集中し、煉瓦の回転拘束が弱いため、何らかの原因でロイファー煉瓦に亀裂が入った場合は全体の剛性が低下するおそれがある。

また、炉壁の薄壁化および炉壁の剛性を上げようとするものが知られている（例えば、特許文献８参照）。
この特許文献８には、炭化室煉瓦厚を炭化室壁接合部の７０〜９０％となる薄壁とし、かつ該炭化室接合部に両端異なる突起状を有する凹部形状の炭化室壁より構成するコークス炉炉壁の煉瓦積み構造が示されている。
しかしながら、この特許文献８に記載の構成では、小口煉瓦近傍に目地が集中し、煉瓦の回転拘束が弱いため、何らかの原因でロイファー煉瓦に亀裂が入った場合は全体の剛性が低下するおそれがある。

この他、日本鉄鋼連盟が国家プロジェクトとして推進したＳＣＯＰＥ２１次世代コークス製造技術開発において提示された煉瓦積み構造が知られている（図１９参照）。この図１９に示す煉瓦積み構造は、熱亀裂防止を考慮した構造設計となっており、本方式は熱亀裂に対しては好ましい方法であるが、ロイファー部の煉瓦厚みが薄く、従って、熱変形が大きく、長期にわたる表面剛性の維持に問題のある可能性がある。

特公昭５２− ２２７６１号公報 特開昭５４−１５７１０２号公報 特開昭５４−１５７１０３号公報 特開昭５８−２２２１８２号公報 特開平 ７−２９２３６６号公報 特表平 ９−５０６９０９号公報 実開昭５２−１１５６５１号公報 実開平 ６− ４０５０号公報

以上述べた悪循環を断ち、長寿命なコークス炉壁を実現するために、本発明は、（１）長寿命なコークス炉壁を実現し、熱初期亀裂の回避のため、亀裂の起点となり得る目地をロイファー部に設定しない構造とし、（２）炉壁の剛性を長期にわたって維持し、側圧の増加と炉壁変形の悪循環を発生させない構造とし、また、（３）万一熱亀裂を生じても剛性低下を起こさない構造を実現することを目的とする。合わせて煉瓦単体重量は２０ｋｇｆ以下が望ましい。

本発明では、下記（１）〜（３）を課題を解決するための手段とするものである。
（１）炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦、燃焼室フリュー同士の仕切り壁であるビンダー煉瓦、及び、ビンダー部の煉瓦との交差部を有するロイファー煉瓦を有するコークス炉炉壁の煉瓦積構造において、
前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、その中央部分に目地を持たず、両端部分がビンダー側に張り出し、その少なくとも一方の端部の上下面に、ロイファー方向及びビンダー方向のダボを有し、
前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、互いに、ダボを有する端部を隣接するように配置し、
前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、ビンダー部の煉瓦との交差部を有するロイファー煉瓦により、ダボを介して上下方向からロイファー方向及びビンダー方向に固定されている構造であることを特徴とするコークス炉炉壁の煉瓦積構造。
（２）前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の両端部のビンダー側への張り出し量を、前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の中央部分の厚みの少なくとも３０％以上、８０％以下とすることを特徴とする請求項１記載のコークス炉炉壁の煉瓦積構造。
（３）前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の少なくとも一方の端部の上下面に有するロイファー方向及びビンダー方向のダボ間の角度を９０度とすることを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉炉壁の煉瓦積構造。
ここで、炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の中央部分とは、ロイファー煉瓦において、燃焼室と炭化室に挟まれ、かつ、煉瓦厚みが等しい直線部分を示す。
そして、ダボとは、ロイファー煉瓦の上面に形成された突部あるいは凹部と、ロイファー煉瓦の下面に形成された凹部あるいは突部との対のことを意味し、例えば、鉛直方向下側に位置するロイファー煉瓦の上面のダボ突部が、該ロイファー煉瓦の上側に積層されたロイファー煉瓦の下面のダボ凹部に嵌合するものである。
また、ロイファー方向及びビンダー方向のダボ間の角度とは、平面図におけるロイファー方向（炉長方向）とビンダー方向（炉団方向）のダボのなす角度と定義する。

本発明により、熱亀裂の起点となり得る目地がロイファー煉瓦の中央部分にないため、高さ方向に貫通する熱亀裂の発生が抑えられ、該ロイファー煉瓦がビンダー煉瓦と接する端部の上下面のダボが、該端部の上下のロイファー煉瓦（ハンマー煉瓦）によって拘束されるため、回転剛性が大幅に向上し、熱亀裂、あるいは、何らかの理由で亀裂が発生したとしても側圧に対する剛性を保つことができる。これにより、コークス炉の炉壁については、建設時の不均一加熱および操業時の表面温度差等により誘起される熱応力、石炭乾留中の石炭膨張圧、コークス押し出し時の側圧等により発生する圧力に対し、十分な強度を有し、炉壁変形や煉瓦の割れ・破孔に対して十分な余裕ができる。また、コークス炉は壁一枚を通しての間接加熱による乾留であり、燃焼室と炭化室間は勿論のこと相隣り合う燃焼室フリュー同志の気密性が重要となる。本発明によれば、コークス炉壁を構成する単体煉瓦は、これらの熱変形、外力に対して強い形状であるとともに、その煉瓦の組み合わせによる気密性かつ良好な熱伝導性が得ることができる。

まず、（１）に示す本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図９に本発明の一実施形態に係る煉瓦積みの基本構造を示す。
（ａ）は炭化室側から見た正面図を示し、（ｂ）は偶数段の平面図を示し、（ｃ）は奇数段の平面図を示す。なお、偶数段と奇数段は入れ代わっても構わない。
図９において、８は燃焼室フリューであり、１は炭化室の空間である。また、４０は本発明におけるロイファー煉瓦であり、４１は該ロイファー煉瓦と接するハンマー煉瓦であり、４２はビンダー煉瓦の構造である。

次に、上記煉瓦積構造の要部について、図１０にて詳細に説明する。
図１０の４０に示すように、ロイファー煉瓦の中央部分Ａ（４３）に目地を持たず、両端部分（４４，４５）がビンダー側に張り出し（４６，４７）、その少なくとも一方の端部の上下面（図１０では４４側）に、ロイファー方向（炉長方向）及びビンダー方向（炉団方向）のダボ４８，４９を有する構造を考える。通常、該ダボ４８，４９は煉瓦上面が雌ダボ（断面凹状）、煉瓦下面が雄ダボ（断面凸状）となる。

また、図１０において、該ロイファー煉瓦のビンダー側への張り出し量Ｃ（５０）は、炭化室からの押し力に対して十分な回転剛性を得るため、該ロイファー煉瓦の中央部分の厚みＢ（５１）の少なくとも３０％以上、好ましくは５０％程度とすることが好ましい（（２）に係る本発明）。一方、張り出しに伴う応力増加を抑えるためには、該張り出し量Ｃ（５０）は、該厚みＢ（５１）の８０％以下、好ましくは５０％程度とすることが好ましい。

さらに、図１０において、該ロイファー煉瓦端部の上下面に有するロイファー方向及びビンダー方向のダボ４８，４９間の角度を９０度とすることが好ましい（（３）に係る本発明）。この端部に該ロイファー煉瓦４０と線対称なロイファー煉瓦５２が隣接するために、隣接するロイファー煉瓦４０，５２により、ダボ４８，４９は上面からみてＴ字型となる。このような構造とすることにより、側圧に対する煉瓦の回転剛性を上げる効果が得られる。

なお、本発明では、ロイファー煉瓦４０の両端部４４，４５の上下面に形成されるダボ４８，４９の形状は図１０に示すものに限らず、例えば図１１に示すものをも含むものである。ここで、図１１は、ロイファー煉瓦４０の両端部４４，４５の上下面にあるダボ４８，４９のその他の形態を示す平面図である。
図１１（ａ）は、ロイファー方向及びビンダー方向のダボ４８，４９が、ロイファー煉瓦のもう一方の端部４５にもある場合を示し、その場合、取り合いからビンダー部での張り出しを小さくしたダボ（５３）を示す。
図１１（ｂ）は、該ロイファー部端部の炉長方向及びビンダー方向のダボ４８，４９間の一部の角度を４５度としたものである（５４）。
図１１（ｃ）は炉長方向及びビンダー方向のダボ４８，４９間の角度を９０度とした上で不連続な構造としたものである（５５）。

また、図１０において、前記隣接するロイファー煉瓦４０，５２の上下には、前記ダボ４８，４９を拘束するＴ字型のダボを有するハンマー煉瓦４１が設置される。なお、このハンマー煉瓦４１は、本発明におけるロイファー煉瓦に相当する。該ロイファー煉瓦４０，５２の上面の雌ダボ４８，４９にはハンマー煉瓦４１の下面の雄ダボが、同じく該ロイファー煉瓦４０，５２の下面の雄ダボ４８，４９とハンマー煉瓦４１の上部の雌ダボが接触する。従って、このハンマー煉瓦４１とロイファー煉瓦４０，５２はＴ字型のダボによって接合されることになる。
なお、該ダボ４８、４９を有する該ロイファー煉瓦４０の端部４４と反対側の端部４５は、図１０あるいは図１１に示すような異なる構造ではなく、端部４４と同様に該端部４５の上下面にダボ４８、４９と同様のダボを設けることは可能である。しかし、この場合、寸法的にハンマー煉瓦４１の厚みを小さくせざるを得なく、同部の剛性、及び機械強度が低くなってしまうため好ましくない。

このような煉瓦積構造において、図１０に示すＴ字型のダボ４８，４９により、ロイファー煉瓦４０，５２のハンマー部を中心とする回転に対する剛性が大幅にアップする。また、該ロイファー煉瓦４０のもう一方の端部４５は、該Ｔ字型のダボ４８，４９のような回転剛性を強固にすることには限界があるが、該ロイファー煉瓦４０，５２の端部のビンダー側への張り出し部４６，４７が、例えば図１９に示すような従来の煉瓦積構造（以下、ＳＣＯＰＥ式構造と称す）よりも回転剛性を上げる効果がある。これにより、仮にロイファー煉瓦部に亀裂が入ったとしても炉壁の剛性を保つことができる。

次に、本発明の効果を確認するための一実施例について、図面に基づいて説明する。

図１２は、図１０に示す本発明の煉瓦積構造の変形状態を、図１９に示すロイファー煉瓦に目地の無いＳＣＯＰＥ式構造との比較において、有限要素法にて計算したものである。なお、当該計算において、ロイファー煉瓦の厚み、及びフリューピッチは同等としている。また、荷重はロイファー煉瓦中央部に集中荷重３トンを負荷した。
図１２（ａ）左は、本発明による煉瓦積構造のロイファー煉瓦に亀裂が発生していない場合（健全時）の変形状態を示す。一方、図１２（ａ）右は同じく本発明による煉瓦積構造のロイファー煉瓦に亀裂が入った場合の変形状態を示す。また、図１２（ｂ）はＳＣＯＰＥ式構造について同様に求めたものである。
図１２において、本発明の煉瓦積構造およびＳＣＯＰＥ式構造は、共に変形量が５００倍に拡大しているが、本発明による変形は、ＳＣＯＰＥ式構造に比べて、健全時、亀裂発生後ともに小さいことが分かる。

図１３は、図１２に示すそれぞれの変形状態において、ロイファー煉瓦中央部の荷重点でのロイファー煉瓦の変位をグラフ化したものを示す。この図１３より、健全時には、本発明による構造の変位はＳＣＯＰＥ式構造の変位に比べて若干低めであることが分かった。即ち、本発明の煉瓦積構造はＳＣＯＰＥ式構造よりも剛性が若干高めとなることが分かった。一方、亀裂発生後は、本発明による構造の変位がＳＣＯＰＥ式構造の変位よりも大幅に小さくなっていることが分かった、即ち、本発明の煉瓦積構造はＳＣＯＰＥ式構造よりも亀裂発生後の剛性が大幅に高いことが分かった。

図１４は、図１２と同じ条件での、本発明の煉瓦積構造およびＳＣＯＰＥ式構造での最大主応力分布の計算結果を示す。図１４（ａ）左は本発明による煉瓦積構造のロイファー煉瓦に亀裂が発生していない場合（健全時）の応力分布を示し、図１４（ａ）右は同じく本発明による煉瓦積構造のロイファー煉瓦に亀裂が入った場合の応力分布を示す。また、図１４（ｂ）はＳＣＯＰＥ式構造について同様に求めたものである。
図１４より、本発明による応力は、ＳＣＯＰＥ式構造に比べて、健全時、亀裂発生後ともに応力の高い部分（図中黒い部分）が小さくなっていることが分かる。

図１５は、図１４に示すそれぞれの応力分布状態において、各煉瓦に発生している最大主応力の最大値をグラフ化したものを示す。この図１５より、健全時には、本発明による構造の最大主応力は、ＳＣＯＰＥ式構造に比べて若干高め、一方、亀裂発生後は、本発明による構造の最大主応力が、ＳＣＯＰＥ式構造よりも若干低めとなっている。しかしながら、本発明、及びＳＣＯＰＥ式構造の応力差の割合は、変形差の割合に比べて小さいことが分かった。即ち、本発明による構造は、ＳＣＯＰＥ式構造に比べて、強度的には若干低下するものの、剛性の改善効果が大きいことが分かった。なお、熱応力については、煉瓦内の温度勾配の影響が大きく、また、ロイファー煉瓦の厚み、及びフリューピッチは同等であることから、本発明の煉瓦積構造およびＳＣＯＰＥ式構造ともに殆ど差のないことを確認している。

図１６は、ロイファー煉瓦の両端部分におけるビンダー側への張り出し量Ｃ（５０）を該ロイファー煉瓦の中央部分の厚みＢ（５１）に対して、０％から１００％に変化させた場合、即ち（Ｂ+Ｃ）／Ｂ＝１．０〜２．０の場合の、煉瓦の荷重点の変位（即ち剛性）、及び煉瓦に発生する最大応力の変化を示す。これより、張り出し量Ｃ（５０）を増やすと次第に剛性は高くなり、さらに長くすると次第に下がってくる。一方、張り出し量Ｃ（５０）を増やすと、煉瓦に発生するピーク応力は一旦減少するものの、次第に高くなっていく。これらから、本発明におけるロイファー煉瓦の両端部分におけるビンダー側への張り出し量は、
１．３ ≦（Ｂ+Ｃ）／Ｂ ≦ １．８
とすることが好ましい。最適点は５０％程度である。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、例えば、本発明の煉瓦積構造は、図１７に示すような構造としてもよい。ここで、図１７は、本発明による構造のさらなる別形態としての多段燃焼タイプの煉瓦積構造を示すものであり、図１７（ａ）は炭化室側から見た正面図を示し、図１７（ｂ）は偶数段の平面図を示し、図１７（ｃ）は奇数段の平面図を示す。なお、偶数段と奇数段は入れ代わっても構わない。

この図１７において、８は燃焼室フリューであり、１は炭化室の空間である。また、図中、４０は本発明におけるロイファー煉瓦であり、４１は該ロイファー煉瓦と接するハンマー煉瓦（ロイファー煉瓦）であり、４２はビンダー煉瓦の構造である。そして、図１７に示すように、ハンマー煉瓦４１およびビンダー煉瓦４２にはダクト５６が設けられている。このようなダクト５６があっても基本的な構造は変わりなく、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、図１０に示す煉瓦積構造を、部分的に損壊したコークス炉の補修時に、損壊煉瓦の代替として採用した。図１８に採用した寸法を示す。該構造の煉瓦の採用により、修復されたコークス煉瓦壁の変形は抑えられ、押詰りも起こらず、また、高さ方向に貫通する熱亀裂の発生もなく順調に経過しており、従来に比べて補修期間を延ばすことができた。

一般的なコークス炉の概略を示す縦断面図（立面図）である。 一般的なコークス炉の煉瓦積みの状況を表す図である。(ａ）平面図を示す。（ｂ）平面図を示す。（ｃ）立面図を示す。 一般的なコークス炉における炭化室の煉瓦積みの状況を表す概観図である。 縦貫通亀裂を表す立面図である。 縦貫通亀裂発生のメカニズムを表す平面図である。 図５を説明する応力分布図である。 炉壁変形を現す平面図である。 煉瓦の回転、及び煉瓦角欠けを表す平面図である。 本発明のコークス炉炉壁の煉瓦積構造を表す図である。（ａ）立面図を示す（ｂ）平面図を示す。（ｃ）平面図を示す。 本発明のコークス炉炉壁の煉瓦積構造の要部を表す平面図である。 ロイファー煉瓦のダボ構造を表す図である。（ａ）平面図を示す。 （ｂ）平面図を示す。（ｃ）平面図を示す。 本発明の機械荷重による変形をＳＣＯＰＥ式構造との比較において表す図である。（ａ）本発明の亀裂発生前後の変形を表す図である。（ｂ）ＳＣＯＰＥ式構造の亀裂発生前後の変形を表す図である。 本発明の機械荷重による変形量をＳＣＯＰＥ式構造との比較において表すグラフである。 本発明の機械荷重による応力分布をＳＣＯＰＥ式構造との比較において表す図である。（ａ）本発明の亀裂発生前後の応力分布を表す図である。（ｂ）ＳＣＯＰＥ式構造の亀裂発生前後の応力分布を表す図である。 本発明の機械荷重による応力値をＳＣＯＰＥ式構造との比較において表すグラフである。 ロイファー煉瓦のビンダー部への張り出しの影響（剛性、応力）を説明する図である。（ａ）ロイファー煉瓦のビンダー部への張り出し量を説明する図である。（ｂ）本発明のロイファー煉瓦のビンダー部への張り出し量と剛性、応力の関係を表す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。（ａ）立面図を示す。（ｂ）平面図を示す。（ｃ）平面図を示す。 本発明の一実施例を示す平面図である。 ＳＣＯＰＥ２１の炉壁構造を現す平面図である。

符号の説明

１：炭化室
２：燃焼室
３：蓄熱室
４：炭化室壁
５：炉団方向
６：炉長方向
７：炉高方向
８：燃焼室フリュー
９：ロイファー部
１０：ロイファー煉瓦
１１：ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦の交差部（ハンマー煉瓦）
１２：ビンダー部
１３：ビンダー煉瓦
１４：ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦の交差部
１５：ロイファー煉瓦とビンダー煉瓦間の縦目地部
１６：上下敷き目地部
１７：ロイファー煉瓦間の縦目地部
１８：凹凸嵌合部（ダボ部）
１９：ロイファー部に目地のある煉瓦
２０：ロイファー部に目地のない煉瓦
２１：目地開き部
２２：亀裂部
２３：圧縮応力
２４：引張応力
２５：炭化室への迫り出し変形
２６：目地開き変形
２７：ビンダー部近傍のロイファー煉瓦目地挙動
２８：ロイファー部に目地のない煉瓦の炉長方向応力
２９：上下段煉瓦間の剪断応力
３０：ロイファー部に目地のある煉瓦の炉長方向応力
３１：押し出し力とその方向
３２：側圧
３３：炉団方向の張り出し変形
３４：炉団方向の張り出し変形（３３と反対方向）
３５：ロイファー中央部亀裂
３６：ロイファー中央部亀裂にかかる押し力
３７：ビンダー部のロイファー煉瓦拘束点
３８：ロイファー煉瓦の回転
３９：角欠け
４０：本発明におけるロイファー煉瓦
４１：ハンマー煉瓦（本発明におけるロイファー煉瓦）
４２：本発明におけるビンダー煉瓦
４３：ロイファー煉瓦の中央部分
４４：ロイファー煉瓦の端部
４５：ロイファー煉瓦の端部
４６：ロイファー煉瓦のビンダー方向張り出し部
４７：ロイファー煉瓦のビンダー方向張り出し部
４８：ロイファー方向（炉長方向）ダボ
４９：ビンダー方向（炉団方向）ダボ
５０：ロイファー煉瓦のビンダー方向張り出し量
５１：ロイファー煉瓦幅
５２：ロイファー煉瓦４０に隣接するロイファー煉瓦
５３：ビンダー方向のダボの他の例
５４：ビンダー方向のダボの他の例
５５：ビンダー方向のダボの他の例
５６：ダクト

Claims (3)

1. 炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦、燃焼室フリュー同士の仕切り壁であるビンダー煉瓦、及び、ビンダー部の煉瓦との交差部を有するロイファー煉瓦を有するコークス炉炉壁の煉瓦積構造において、
   前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、その中央部分に目地を持たず、両端部分がビンダー側に張り出し、その少なくとも一方の端部の上下面に、ロイファー方向及びビンダー方向のダボを有し、
   前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、互いに、ダボを有する端部を隣接するように配置し、
   前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦は、ビンダー部の煉瓦との交差部を有するロイファー煉瓦により、ダボを介して上下方向からロイファー方向及びビンダー方向に固定されている構造であることを特徴とするコークス炉炉壁の煉瓦積構造。
2. 前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の両端部のビンダー側への張り出し量を、前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の中央部分の厚みの少なくとも３０％以上、８０％以下とすることを特徴とする請求項１記載のコークス炉炉壁の煉瓦積構造。
3. 前記炭化室と燃焼室との仕切り壁であるロイファー煉瓦の少なくとも一方の端部の上下面に有するロイファー方向及びビンダー方向のダボ間の角度を９０度とすることを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉炉壁の煉瓦積構造。

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