JP4790323B2 - コークス炉炭化室の熱間補修で使用する断熱ボックス - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の炭化室の熱間補修を行なう際に、作業員を保護して高温の炭化室内の補修作業を可能にするとともに、作業員の作業領域を除く炭化室内の温度を一定に維持して耐火物の鉱物変化を防止できる断熱ボックスに関するものである。

図２は、コークス炉の炭化室と燃焼室の配置の例を模式的に示す水平断面図である。なお図２では、片側の端部近傍（すなわち左側）のみを図示し、他方の端部近傍（すなわち右側）は図示を省略する。
コークス炉は、図２に示すように、燃料が燃焼する燃焼室１と石炭が装入される炭化室２が交互に配置される。炭化室２に装入された石炭は、燃焼室１で発生する熱によって乾留され、コークスとなる。燃焼室１は壁レンガ3aと柱レンガ3bとで構成され、燃焼室１の端部には窯口金物４を取り付けて壁レンガ3aの迫り出しを抑えている。

コークス炉を長期間にわたって操業すると、壁レンガ3aで構成される壁面の変形や侵食が発生し、壁面に亀裂が生じる。さらに操業を継続すれば、亀裂が燃焼室１から炭化室２まで貫通し、炭化室２内を浮遊する微細な石炭粉や乾留によって発生するＣＯガスが燃焼室１へ流入する。石炭粉やＣＯガスは、燃焼室１内の燃料と空気の混合比率（いわゆる空燃比）を乱すので、多量の煤が発生する。また図２に補修部位５として示すように、壁面が炭化室２側に突出するように変形すれば、コークスを炭化室２から押し出すのが困難になる。

したがって炭化室２と燃焼室１を区切る壁面の変形や侵食が発生したときには、該当する部位をレンガ積替等の補修を行なう必要がある。その際には、燃焼室１内には作業員が入れないので、炭化室２側から補修を行なう。しかも、その補修は熱間補修と呼ばれるように、炭化室２内を冷却せず、高温のままで行なう。その主な理由は、
(1) 炭化室２を常温まで冷却するのに長時間を要するばかりでなく、補修が終了した後の昇温に再び長時間を要する、
(2) 炭化室２内の温度変化に起因して、壁面の変形や耐火物（すなわち壁レンガ，目地材）の鉱物変化が生じる
等によって、コークス炉の操業に支障を来たすからである。

そこで、炭化室２内で補修作業を行なう作業員を保護するために、種々の技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、炭化室内で補修作業を行なう作業員を保護する断熱ボックスが開示されている。この技術では、断熱ボードを用いて直方体に成形した断熱ボックスを炭化室内に挿入し、その断熱ボックス内で作業員が補修作業を行なうので、作業員は炭化室内の熱から保護される。しかし壁面が炭化室２側に突出するように変形した場合には、断熱ボックスを炭化室内に挿入するのは困難である。しかも冷却水を用いて断熱ボックスを冷却するので、水漏れが発生すると水蒸気爆発を引き起こす惧れがある。

また特許文献２には、鋼製の外板を直方体に成形し、外板の内側に断熱材を張り付けたボックス状補修装置が開示されている。この技術では、ボックス状補修装置が鋼板の成形体であるから、壁面が炭化室２側に突出するように変形した場合には、ボックス状補修装置を炭化室内に挿入するのは困難である。しかも、この技術ではボックス下部より冷気を送風するとあるが、この方式ではボックス下部の補修が不可能であり、必要部位を任意に補修するという機能を満たさないことになる。
特開平8-81681 号公報 特開平5-239463号公報

本発明は上記の問題を解消するためになされたものであり、壁面が突出するように変形した炭化室内に容易に挿入できるように変形可能で、かつ冷却水を使用しないので安全に補修作業を行なえる断熱ボックスを提供することを目的とする。

本発明は、コークス炉の炭化室内に挿入される箱状の断熱ボックスであって、炭化室の天井面に対向する固定上面と、炭化室の床面に対向する固定下面と、炭化室の補修しない壁面に対向する固定側面とを骨材で構成しかつ固定上面と固定下面と固定側面とを所定の形態に固定した形態固定部材、および炭化室の補修を要する壁面に対向する移動側面と炭化室の端壁面に対向する移動横面とを骨材で構成しかつ移動側面と移動横面とを開閉自在に形態固定部材に取り付けた形態変化部材を有し、固定上面と固定側面と移動側面と移動横面の骨材間の隙間に断熱材を充填し、断熱材の表面を耐熱性ステンレス網で被覆する断熱ボックスである。

本発明の断熱ボックスにおいて、形態固定部材を形成する骨材と形態変化部材を形成する骨材とに鋼管を使用し、鋼管内に冷却用空気を供給することが好ましい。

本発明によれば、壁面が突出するように変形した炭化室内に断熱ボックスを容易に挿入でき、しかも冷却水を使用しないので水蒸気爆発が発生せず安全に補修作業を行なえる。また断熱ボックス内の冷気が炭化室に漏出しないので、断熱ボックスを除く炭化室内の温度を一定に維持して耐火物の鉱物変化を防止できる。

図１は、本発明の断熱ボックスを形成する形態固定部材と形態変化部材の骨材の構成の例を模式的に示す斜視図である。
まず図１(a) に示す形態固定部材について説明する。形態固定部材は、変形しないように形態が固定されており、図１(a) に示すようにコ字形状をなしている。形態固定部材の側面（以下、固定側面という）は骨材6A〜6Dで構成され、骨材6A〜6Dと他の骨材とが連結される部位は溶接等で固定する。固定側面は、断熱ボックスが炭化室内に挿入されたときに、補修しない壁面に対向する面である。なお図１には、４本の骨材6A〜6Dで固定側面を構成する例を示したが、本発明では固定側面を構成する骨材の本数は特定の数値に限定しない。骨材の本数は、形態固定部材の寸法や重量，骨材の強度等に応じて適宜設定すれば良い。

形態固定部材の上面（以下、固定上面という）は骨材6E〜6Jで構成され、骨材6E〜6Jと他の骨材とが連結される部位は溶接等で固定する。固定上面は、断熱ボックスが炭化室内に挿入されたときに天井面に対向する面である。なお図１には、６本の骨材6E〜6Jで固定上面を構成する例を示したが、本発明では固定上面を構成する骨材の本数は特定の数値に限定しない。骨材の本数は、形態固定部材の寸法や重量，骨材の強度等に応じて適宜設定すれば良い。

形態固定部材の下面（以下、固定下面という）は骨材6K〜6Pで構成され、骨材6K〜6Pと他の骨材とが連結される部位は溶接等で固定する。固定下面は、断熱ボックスが炭化室内に挿入されたときに床面に対向する面である。なお図１には、６本の骨材6K〜6Pで固定下面を構成する例を示したが、本発明では固定下面を構成する骨材の本数は特定の数値に限定しない。骨材の本数は、形態固定部材の寸法や重量，骨材の強度等に応じて適宜設定すれば良い。

骨材6Qは、必ずしも配設する必要はない。ただし形態固定部材の寸法が大きい場合には、形態固定部材を炭化室内に挿入する際の操作性の改善，形態固定部材の変形の防止，形態固定部材の強度の確保を目的として、骨材6Qを配設するのが好ましい。
次に図１(b) に示す形態変化部材について説明する。形態変化部材は、図１(b) に示すように２種類の面（すなわち骨材6R〜6Uで構成される面と骨材6V〜6Yで構成される面）で形成される。骨材6R〜6Uで構成される面（以下、移動側面という）は、断熱ボックスが炭化室内に挿入されたときに固定側面が対向する壁面の反対側の補修を要する壁面に対向する面である。骨材6V〜6Yで構成される面（以下、移動横面という）は、断熱ボックスが炭化室内に挿入されたときに端壁面に対向する面である。

これらの移動側面と移動横面は、骨材6Sと骨材6Wを接して自在に開閉できるように配設される。ジョイント管6Zは、移動側面と移動横面を開閉する際の操作性の改善を目的として骨材6Dと6Vの間、または骨材6Wと6Sの間に適宜配設される。
本発明の断熱ボックスは、図１(a) に示す形態固体部材と図１(b) に示す形態変化部材を組み合わせたものである。図１(a) に示す形態固体部材と図１(b) に示す形態変化部材は、骨材6Dと骨材6Vを接して自在に開閉できるように配設される。さらに固定上面，固定側面，移動側面および移動横面の骨材間の隙間に断熱材７を充填する。断熱材７は、柔軟な材質のもの、たとえばセラミック繊維等を使用するのが断熱性に優れているために好ましい。断熱材７の表面は耐熱性ステンレス網８で覆われる。

以上で説明した骨材6A〜6Y，断熱材７，耐熱性ステンレス網８を有する断熱ボックスを、図２に示すような炭化室２内に挿入するときには、骨材6A〜6Dで構成される固定側面と骨材6R〜6Uで構成される移動側面との間隔を狭くする（図３参照）。柔軟な材質の断熱材７を使用し、その表面を耐熱性ステンレス網８で覆うことによって、断熱ボックスの形態をこのように変化させることが可能である。

図３に示すように固定側面と移動側面との間隔を狭くすれば、図２に示すような壁面が突出するように変形した炭化室３内にも断熱ボックスを容易に挿入できる。そして移動側面が壁面の突出した補修部位５を通過した後、図４に示すように固定側面と移動側面との間隔を広げる。補修部位５と断熱ボックスとの位置関係は図５に示す通りである。
つまり本発明によれば、壁面が突出するように変形した炭化室内にも断熱ボックスを容易に挿入でき、かつ補修作業を行なう作業員に十分な空間を確保できる。しかも断熱ボックス内の冷気が炭化室に漏出しないので、断熱ボックスを除く炭化室内の温度を一定に維持して耐火物の鉱物変化を防止できる。

本発明の断熱ボックスでは、骨材6A〜6Yに鋼管を使用し、その鋼管を冷却して変形を防止するために、鋼管内に冷却用空気を流通させるのが好ましい。その理由は、冷却水を使用せずに冷却することによって水蒸気爆発を防止し、安全に補修作業を行なうことができるからである。

図３，図４に示す構成の断熱ボックスを作製し、図５に示すように断熱ボックスを炭化室内に挿入し、壁面の熱間補修を行なった。
骨材6A〜6Yは鋼管（ＪＩＳ規格 SGP相当，25A ）を使用し、その内部には圧力0.4MPaの冷却用空気を流通させた。
断熱材７は1400℃耐用のセラミック繊維を使用し、耐熱性ステンレス網８は耐熱ステンレス鋼（ＪＩＳ規格 SUS310S相当）製の金網を使用した。断熱材７の厚さは、固定上面が75mm，固定側面が50mm，移動側面が50mm，移動横面が75mmとした。また断熱材７の脱落を防止するために、耐熱ステンレス鋼（ＪＩＳ規格 SUS310S相当）製の針金を縫い込んで、断熱材７を骨材に縛り付けた。

このようして20日間にわたって断熱ボックス内に外部より冷風を吹き込みつつ壁面の熱間補修を行ないながら、図５中のPA，PBの位置の温度を測定した。その結果、PAの位置では、常に 700℃以上が確保され、耐火物の亀裂や脱落等の損傷は皆無であった。このことは、耐火物の鉱物変化の防止が達成されたことを意味する。一方、PBの位置は、常に60℃以下に保持された。さらに骨材6A〜6Yの変形は認められなかった。

本発明の断熱ボックスを形成する形態固定部材と形態変化部材の骨材の構成の例を模式的に示す斜視図であり、(a) が形態固定部材を示し、(b) が形態変化部材を示し、(c) が形態固定部材と形態変化部材のジョイント部を示す。 コークス炉の炭化室と燃焼室の配置の例を模式的に示す断面図である。 炭化室に挿入する際の断熱ボックスを模式的に示す断面図である。 補修作業を行なう際の断熱ボックスを模式的に示す断面図である。 補修作業を行なう際の補修部位と断熱ボックスとの位置関係を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 燃焼室
２ 炭化室
3a 壁レンガ
3b 柱レンガ
４ 窯口金物
５ 補修部位
6A〜6Y 骨材
6Z ジョイント管
７ 断熱材
８ 耐熱性ステンレス網

Claims (2)

1. コークス炉の炭化室内に挿入される箱状の断熱ボックスであって、炭化室の天井面に対向する固定上面と、前記炭化室の床面に対向する固定下面と、前記炭化室の補修しない壁面に対向する固定側面とを骨材で構成しかつ前記固定上面と前記固定下面と前記固定側面とを所定の形態に固定した形態固定部材、および前記炭化室の補修を要する壁面に対向する移動側面と、前記炭化室の端壁面に対向する移動横面とを骨材で構成しかつ前記移動側面と前記移動横面とを開閉自在に前記形態固定部材に取り付けた形態変化部材を有し、前記固定上面と前記固定側面と前記移動側面と前記移動横面の骨材間の隙間に断熱材を充填し、前記断熱材の表面を耐熱性ステンレス網で被覆することを特徴とする断熱ボックス。
2. 前記形態固定部材を形成する骨材と前記形態変化部材を形成する骨材とに鋼管を使用し、前記鋼管内に冷却用空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の断熱ボックス。
   

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