JP5228662B2 - コークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法に関する。

コークス炉は、珪石レンガ、粘土質レンガを主体とし、少量の断熱レンガ、赤レンガにより構築されており、稼働を開始すると３０年から４０年という寿命が要求される。
コークス炉の炉頂部は、炭化室天井部及び燃焼室の上部に位置し、直接火炎に接することがないため、断熱レンガ、赤レンガを主として使用している。また、炉頂部装入口回りのレンガには、炉内火炎に晒されることと、装入口の開閉による温度変化を考慮して、粘土質レンガを使用している。
コークス炉最上の炉頂部は大気に接して冷却されるため、６０℃程度にしかならないが、深部は炭化室及び燃焼室からの伝熱によって８００℃〜９００℃の高温となっている。

また、降雨、降雪等の気象条件の影響や、コークス炉の稼働率に起因する温度変化等の影響を受ける。
さらに、コークス炉の外周は、鉄皮等の拘束体によって全面拘束されておらず、積み上げられたレンガがむき出しとなっている場所が多い。
このため、炉頂部近傍のレンガは、材質、温度分布条件の相違に伴い、異なる熱間挙動を示し、長期にわたる稼働期間中に徐々に目地開きを生じていく。
この目地開きが炭化室への石炭装入口あるいはその近傍で生じると、炭化室内からのＣＯガス漏洩の原因となる。

このような課題を解決するために、特許文献１に記載の技術では、炉頂部近傍をキャスタブルブロックで構成し、目地のない構造を採用することにより、ガス漏れ抑制を行う技術が提案されている。
また、特許文献２に記載の技術では、炉頂部の耐火物と装入車軌条支持金物間の縦目地に棒状の耐熱性弾性体を設けたシール構造に関する技術が提案されている。

特開平３−２１０３８７号公報 特開平３−２８２９３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、確かに目地の数は少なくなるが、一番ガス漏れが生じ易い装入口付近の具体的な構造が不明確であり、このまま適用することはできない。
また、前記特許文献２に記載の技術では、棒状の耐熱性弾性体としてＳｉ系樹脂弾性体を用いており、炉頂部の耐火物と装入車軌条支持金物間の縦目地であるため、温度としても２００℃以下にしかならず、それ以上の温度に耐え得るものであるかは不明である。

本発明の目的は、コークス炉の炉頂部における装入口回りに生じるガス漏れを防止することのできるコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法を提供することにある。

本願発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）コークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法であって、
前記コークス炉の炉頂部に設けられた装入口内面に露出し、又は、装入口上部を囲む装入鉢外周に接続する、レンガ間の縦目地に、コアボーリングにより孔を開ける工程と、
コアボーリングにより形成された孔にドライスタンプ材を充填する工程と、
前記ドライスタンプ材が充填された孔にキャスタブルを注入し、前記孔を閉塞する工程とを実施することを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。

（２）（１）に記載のコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法において、
前記コークス炉の炉頂部は、高さ方向に複数のレンガを積み上げて形成され、
前記コアボーリングにより孔を開ける工程は、炉頂タイルレンガの一段下の装入鉢台座レンガで形成される縦目地４箇所と、炉頂タイルレンガで形成される縦目地の少なくとも１箇所以上に孔を開けることを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。
（３）（１）又は（２）に記載のコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法において、
前記炉頂タイルレンガを取り外し、前記装入口内面に露出するレンガの前記装入口の孔径方向外周を、紐状体又は帯状体で締め付けて拘束する工程をさらに実施することを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。

コークス炉の装入口回りの縦目地の開きが大きくなると、炭化室内で発生したガスは、装入口内面に露出する縦目地を介して炉頂部でガス漏れを生じることとなっていたが、本発明によれば、この縦目地に孔を開け、この孔にドライスタンプ材を充填しているので、縦目地を介して流れるガスを、充填されたドライスタンプ材で遮断できる。従って、炉頂部におけるガス漏れの発生を防止できる。しかも、炭化室内で発生したガスはコールタール分を多く含んでおり、施工後は、コールタールが徐々にドライスタンプ材中に沈積、固化するので、ドライスタンプ材によるガス遮断性を一層向上させることができる。

本発明におけるドライスタンプ材は、水を用いずに充填しても、空隙率２０％以内に成形できる材料を採用することが好ましく、材質としては、アルミナ、マグネシア、ムライト、スピネル等の酸化物粉体を採用することができる。ドライスタンプ材は、原料の酸化物を粉砕後、分級し、孔に充填した際に最密充填となるように粒度調整するのが好ましい。
例えば、ドライスタンプ材としては、次のような粒度分布のものを好適に採用することができる。尚、それぞれの比率のばらつきは±２質量％程度である。
３ｍｍ以上５ｍｍ未満：１８質量％
１ｍｍ以上３ｍｍ未満：３０質量％
０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満１０質量％
０．０７５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満：１８質量％
０．０７５ｍｍ未満：２４質量％

ここで、コアボーリングにより形成された孔に、ドライスタンプ材に替えてキャスタブルを充填することも考えられる。
しかしながら、水を添加し混練してなる湿式のキャスタブルを充填した場合、炭化室等からの伝熱等により、レンガが加熱されており、これに伴い、キャスタブルが急激に加熱され、含んでいる水分が突沸してしまい、多孔質化した状態で硬化してしまうので、好ましくなく、ドライスタンプ材を使用するのが好適である。

本発明では、前記コークス炉の炉頂部が、高さ方向に複数のレンガを積み上げて構成されている場合、前記コアボーリングにより孔を開ける工程は、炉頂タイルレンガの一段下の装入鉢台座レンガで形成される縦目地４箇所と、更にもう一段下の装入口レンガで形成される縦目地の少なくとも１箇所以上に孔を開けるのが好ましい。
装入鉢台座レンガは、通常、装入口を囲むように４つ割りで設けられており、この４つの装入鉢台座レンガによって４つの縦目地が形成される。従って、これら４つの装入鉢台座レンガで形成される４つの縦目地すべてに孔を開け、ドライスタンプ材を充填することにより、装入鉢台座レンガにおける縦目地からのガス漏れを防止することができる。装入鉢台座レンガは、炉頂タイルレンガにより覆われているため、どこの目地からガス漏れが生じているかわからないからである。
また、炉頂部では、装入鉢の割れや、装入鉢の外周と炉頂タイルレンガの縦目地の接続する部分からガス漏れが生じることがあるため、この部分を必要に応じて最低１箇所以上の縦目地に孔を開け、ドライスタンプ材を充填することで、炉頂部における広範囲にわたってのガス漏れも防止することができる。

本発明では、前記炉頂タイルレンガを取り外し、前記装入口内面に露出するレンガの前記装入口の孔径方向を、紐状体又は帯状体で締め付けて拘束する工程を、さらに実施するのが好ましい。
ここで、紐状体又は帯状体としては、カーボンファイバ、グラスファイバ、セラミックファイバ等の紐状体や、スチールベルト等の帯状体を採用することができる。
また、装入口内面に露出するレンガとしては、装入鉢、装入鉢台座レンガ、及び装入口レンガが考えられる。
この発明によれば、装入口内面に露出するレンガの外周を紐状体又は帯状体で締め付け拘束しているため、材質、温度分布条件の相違に伴い、コークス炉を構成するレンガに、異なる熱間挙動が生じても、目地開きを生じることがなく、ガス漏れを防止することができる。

前記した（３）の発明は、補修方法で用いるのみならず、築炉時に予めレンガ積み構造として採用してもよい。
すなわち、コークス炉の炉頂部の装入口回りのレンガ積み構造において、前記炉頂部は、高さ方向に複数のレンガを積み上げて形成され、前記装入口内面に露出するレンガの前記装入口の孔径方向外周が、紐状体又は帯状態で締め付けられて拘束されている構造とすることができる。
この構造によれば、築炉時に装入口周囲に配置されるレンガを紐状体又は帯状体で拘束しているので、稼働中に縦目地が徐々に開くことを防止して、炉頂部でガス漏れが生じることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１には、本発明の実施形態に係るコークス炉の炉頂部のガス漏れ部位の補修方法が実施されるコークス炉１が示されている。このコークス炉１は、石炭を装入し、乾留を行う炭化室２と、この炭化室２に隣接配置され、炭化室２内を加熱する燃焼室（図示略）とが紙面直交に連続したものである。
炭化室２の天井面には、天井レンガ１８が施工され、炉頂部３には、炉長方向に複数の装入口４が形成されており、この装入口４から石炭が装入される。ここで、炉頂部３とは、炭化室２の天井レンガ１８から最上部の炉頂タイルレンガ６までの部位をいう。

炉頂部３の装入口４回りは、図２に示されるように、複数のレンガ６、７、８、９を高さ方向に積み上げた構造とされ、装入口４を区画する装入鉢５、この装入鉢５の周囲に施工される炉頂タイルレンガ６、装入鉢５を支持する装入鉢台座レンガ７、これらを支持する装入口レンガ８、９を備える。尚、これ以外の部分もレンガ積みで構成されるが、装入口４回りほど熱の影響を受けにくいので、断熱レンガや低級粘土レンガ等が用いられている。
装入鉢５は、一体のリング形状をなし、粘土質耐火物で構成されている。
炉頂タイルレンガ６は、高さ寸法が略５０〜７５ｍｍの直方体形状の粘土レンガであり、装入鉢５を囲むように配置される。
隣り合う炉頂タイルレンガ６の間には、図３に示されるように、装入鉢５の外周に接続される縦目地１０が形成される。目地には、微粉からなるモルタルを充填しているが、長期にわたって使用する間にレンガとの間に隙間が生じ、所謂目地切れが発生するため、この隙間を通ってガスが漏洩する場合が多い。

装入鉢台座レンガ７は、炉頂タイルレンガ６の下部に配置され、装入鉢５を支持するレンガであり、平面視正方形の角隅部を１／４円形状に切り欠いた形状を有し、切りかかれた部分が装入口４内の空間に露出する。この装入鉢台座レンガ７は、装入口４内の空間に露出し、コークス炉１の稼働中、内面側は直接火炎に晒されるため、耐火性の粘土質レンガで構成されている。この装入鉢台座レンガ７の高さ寸法（厚み）は、１４０ｍｍ程度である。
装入口レンガ８、９は、装入鉢台座レンガ７の下段に配置され、コークス炉１の稼働中は、内面側が直接火炎に晒されるため、やはり耐火性の粘土質レンガで構成される。この装入口レンガ８、９の高さ寸法（厚み）は、１２０ｍｍ程度である。

このような構造の炉頂部３では、それぞれのレンガ６、７、８、９の成分や形状が微妙に異なったり、燃焼室や炭化室２からの位置によってコークス炉１の稼働中の温度が異なるため、それぞれの熱膨張挙動が異なっている。
このため、コークス炉１を長期に稼働させると、炉頂部では、図４、図５に示されるように、装入鉢５と装入鉢台座レンガ７の隙間から、炭化室２の装入口４内のコールタール分を多く含むガスが侵出し、炉頂タイルレンガ６間の縦目地１０から外部に漏れだすことがある。
また、装入鉢５が割れてしまうと亀裂部分からもガスが漏れ出すこともある。
さらに、同様に、装入鉢台座レンガ７においても、図６、図７に示されるように、装入鉢台座レンガ７間の縦目地１０から装入口４内のＣＯガスが侵出して上昇し、炉頂タイルレンガ６の縦目地１０からガス漏れを生じることがある。

コークス炉１の炉頂部にガス漏れを生じている場合、図８のフローチャートに示される工程で炉頂部の補修を行う。
まず、ガス漏れ位置を特定するために、ガス漏れ位置の検出を行う（工程Ｓ１）。検出は、ガス検出器を用いてもよく、炉頂タイルレンガ６の縦目地１０にコールタールの付着が認められるかによってもガス漏れ位置を特定することが可能である。
次に、コアボーリングマシンを用いて、特定されたガス漏れ経路になっていると考えられる縦目地部分に孔１２を開ける（工程Ｓ２）

孔１２の位置は、図９に示されるように、ガス漏れが検出された縦目地１０の適宜の位置とすればよいが、炉頂タイルレンガ６の縦目地１０でのガス漏れか、装入鉢台座レンガ７の縦目地１０でのガス漏れか不明であり、装入鉢台座レンガ７のどの縦目地１０でガス漏れが生じているかわからないので、図１０に示されるように、装入鉢台座レンガ７の縦目地１０の略中央を貫通する４箇所には必ず孔１２を開ける必要がある。
孔１２の径は、縦目地１０をまたぎ、炉頂タイルレンガ６、装入鉢台座レンガ７の一部を削るような大きさとし、目地開き幅をａ、装入鉢台座レンガ７の装入側と外周間の寸法をｂとしたとき、開口部径としては、１．５ａ以上、０．５ｂ以下の寸法とするのが望ましい。ここで、１．５ａとしたのは、これ未満だとガス遮断効果が少なくなるためであり、０．５ｂ以下としたのは、これを超えるとレンガをドリル等で開口する際、レンガが割れる可能性があるためである。通常使用している耐火物と目地開き量から略１７〜２５ｍｍとすることが好ましい。２５ｍｍを超えると、炉頂タイルレンガ６や、装入鉢台座レンガ７が割れてしまう可能性があり、１７ｍｍ未満であると、目地の開き量に対し小さな孔１２となってしまう可能性があるためである。

孔１２の深さは、炉頂タイルレンガ６の部分でガス漏れが発生している場合、図１１に示されるように、少なくとも炉頂タイルレンガ６の高さ寸法ｃ以上の深さとすればよい。
一方、装入鉢台座レンガ７の部分でガス漏れが発生している場合、図１２に示されるように、炉頂タイルレンガ６の高さ寸法ｃに、装入鉢台座レンガ７の高さ寸法ｄを加えて、ｃ＋ｄ以上の深さ寸法とすればよい。尚、さらに孔１２の深さを深くしてもよいが、装入口レンガ８、９は、４００℃〜５００℃以上に加熱されているため、最大でも上記深さ寸法ｃ＋ｄに、装入口レンガ８の高さ寸法ｅを加えたｃ＋ｄ＋ｅを超えない範囲として、コアドリルの刃等が熱によって破損しないようにするのが好ましい。

次に、コアボーリングによって開けられた孔１２のそれぞれに、ドライスタンプ材を少量ずつ入れながら、鉄の棒のようなもので適度に突き固めて充填させる（工程Ｓ３）。
ドライスタンプ材は、孔１２内で最密充填構造となるように、例えば、次の粒度分布のものを採用することができる（それぞれの比率のばらつきは±２質量％）。
３ｍｍ以上５ｍｍ未満：１８質量％
１ｍｍ以上３ｍｍ未満：３０質量％
０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満１０質量％
０．０７５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満：１８質量％
０．０７５ｍｍ未満：２４質量％
最後に、ドライスタンプ材を充填した孔１２の上部にキャスタブルを注入し、孔１２の表面を閉塞する（工程Ｓ４）。

このような補修方法によれば、図１１、図１２に示されるように、縦目地１０が開き、装入口４内のコールタールを含むガスが侵出しても、ドライスタンプ材１３によって遮断され、炉頂部におけるガス漏れを防止することが可能となる。
しかも、装入口４内からコールタールを含むガスが侵出することにより、ガス内のコールタールの一部がドライスタンプ材１３の粉状体の中で沈積、固化し、粉状体間をコールタールで埋めた緻密なガス遮蔽体を形成させることが可能となるので、補修後、コークス炉１を稼働することでドライスタンプ材１３によるガス遮断性を一層向上させることができる。
また、ドライスタンプ材１３の充填後、キャスタブル１４によって孔１２を閉塞しているため、補修後、充填したドライスタンプ材１３が風雨の影響で流出したり、飛散したりすることを防止することができ、耐用性の高い補修構造とすることができる。

以上の工程の後、再度、ガス検出器を用いて、ガス漏れの検出を行って、ガス漏れが生じているか否かを判定し（工程Ｓ５）、ガス漏れがなければ、作業を終了する。
まだ、ガス漏れが検出されるようであれば、抜本的にガス漏れ箇所の補修を行うべく、炉頂タイルレンガ６を剥がし（工程Ｓ６）、装入鉢台座レンガ７の目地開きの状態を確認する。
次に、４つの装入鉢台座レンガ７の外周に、図１３に示されるように、平面視Ｌ字状の帯状金物１５を２つ取り付け、ボルトナット１６によって装入鉢台座レンガ７を締め付けて拘束する（工程Ｓ７）。
最後に、炉頂タイルレンガ６を再施工して作業を終了する（工程Ｓ８）。

このような帯状金物１５によって４つの装入鉢台座レンガ７の外周を締め付けて拘束することにより、以後、縦目地１０が開いていくことを防止できるので、帯状金物１５を取り付けた部分からのガス漏れを防止することができる。
尚、この帯状金物１５による締め付け固定は、補修に際してのみ使用するのではなく、築炉時に予め装入鉢台座レンガ７の外周に取り付けておいてもよい。このような目地構造としておけば、装入鉢台座レンガ７が初めから締め付けにより拘束されているので、コークス炉１の稼働中に、熱の動きで縦目地１０が徐々に開いていくことを防止して、ガス漏れを生じさせることがない。

また、割れやすい装入鉢５においても、図１４に示されるように、装入鉢５の回りにカーボンファイバ１７を巻き付けることにより、装入鉢５の外周を締め付けて拘束することも可能である。
このようにすれば、コークス炉１の稼働中に装入鉢５が割れても、亀裂部分が熱の影響で徐々に拡がることを防止できるため、上記と同様にガス漏れを防止することができる。
尚、装入鉢５へのカーボンファイバ１７の巻き付けは、補修時に行ってもよいが、前記理由と同様に築炉時に行ってもよい。

本発明の実施形態に係るコークス炉の構造を表す模式図。 前記実施形態におけるコークス炉の炉頂部の構造を表す断面図。 前記実施形態における装入口回りの構造を表す分解斜視図。 前記実施形態における装入鉢及び炉頂タイルレンガの縦目地を表す平面図。 図４のＡ−Ａ線における断面図。 前記実施形態における装入鉢台座レンガの縦目地を表す平面図。 図６のＢ−Ｂ線における断面図。 前記実施形態における炉頂部のガス漏れ部位補修方法を説明するためのフローチャート。 前記実施形態におけるコアボーリングによる孔開け位置を例示する平面図。 前記実施形態におけるコアボーリングによる孔開け位置を例示する平面図。 前記実施形態における補修後の縦目地の孔部分の構造を表す断面図。 前記実施形態における補修後の縦目地の孔部分の構造を表す断面図。 前記実施形態における帯状金物による装入鉢台座レンガの外周の締め付け構造を表す平面図。 前記実施形態におけるカーボンファイバによる装入鉢の外周の締め付け構造を表す平面図及び側面図。

符号の説明

１…コークス炉、２…炭化室、３…炉頂部、４…装入口、５…装入鉢、６…炉頂タイルレンガ、７…装入鉢台座レンガ、８、９…装入口レンガ、１０…縦目地、１２…孔、１３…ドライスタンプ材、１４…キャスタブル、１５…帯状金物、１６…ボルトナット、１７…カーボンファイバ、１８…天井レンガ

Claims (3)

1. コークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法であって、
   前記コークス炉の炉頂部に設けられた装入口内面に露出し、又は、装入口上部を囲む装入鉢外周に接続する、レンガ間の縦目地に、コアボーリングにより孔を開ける工程と、
   コアボーリングにより形成された孔にドライスタンプ材を充填する工程と、
   前記ドライスタンプ材が充填された孔にキャスタブルを注入し、前記孔を閉塞する工程とを実施することを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。
2. 請求項１に記載のコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法において、
   前記コークス炉の炉頂部は、高さ方向に複数のレンガを積み上げて形成され、
   前記コアボーリングにより孔を開ける工程は、炉頂タイルレンガの一段下の装入鉢台座レンガで形成される縦目地４箇所と、炉頂タイルレンガで形成される縦目地の少なくとも１箇所以上に孔を開けることを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法において、
   前記炉頂タイルレンガを取り外し、前記装入口内面に露出するレンガの前記装入口の孔径方向外周を、紐状体又は帯状体で締め付けて拘束する工程をさらに実施することを特徴とするコークス炉の炉頂部ガス漏れ部位の補修方法。

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