JP5365040B2 - コークス炉の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄等に用いるコークスを製造するためのコークス炉において、炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁を構成する炉壁煉瓦を積み替えて当該コークス炉を熱間で補修するコークス炉の補修方法に関する。

コークス炉は、炉幅方向に、炭化室と、その炭化室に熱を供給する燃焼室とが交互に並んで配置され、炭化室と燃焼室とを隔てる炭化室の炉壁を介して、燃焼室から炭化室に熱の供給が行われる。なお、燃焼室は、炉長方向に沿って所定間隔毎に区画されている。そして、コークス原料である石炭が炭化室に投入され、加熱されることでコークスに乾留され、その後に、炭化室の一方の窒口から押し出されるが、その操業の繰り返しによって、上記炉壁は激しい熱サイクルを受ける。また、コークス炉は、一度操業を開始して高温状態とした後は、常温まで冷却すると煉瓦に急減な体積変化が起こること等の理由から、通常、操業開始すると寿命が尽きるまで連続して使用される。このため、定期的に、炉壁煉瓦に対し、亀裂、角欠けなどの損傷の有無を点検し、必要に応じて溶射による補修や、炉壁煉瓦の積み替えによる、部分的な熱間補修が行われる。

炉壁煉瓦の熱間積み替えによる部分的な補修の方法は、例えば特許文献１に記載されているような方法で実施される。すなわち、熱間積み替えを行う炭化室の操業を停止し、積み替え作業を行う範囲について断熱施工を施した後に、補修部分の炉壁煉瓦の積み替え作業を行う。積み替えは、一般に補修すべき煉瓦を解体し、新しい煉瓦を、解体前と同じように、編み目状に組み込むようにして煉瓦積みして積み替え、その後、昇温して停止していた炭化室を使用可能とする。

ここで、特許文献１では、非補修部分の煉瓦構造が温度降下で緩んで変形することを防止するために、積み替え補修に接する非補修部分と、炭化室内でその非補修部分に対面する炉壁面との間を架け渡して拘束するように、拘束板及び押圧治具を配置することが開示されている。
特開２０００−３１３８８２号公報 （図１２）

上記のように従来技術にあっては、補修部分については、積み替え前と同様な煉瓦積み方で積み替えを行っている。

ここで、本発明者らは、補修部分を煉瓦積みする際に、コークス炉の建設時とほぼ同じ位置及び同じ寸法の煉瓦で施工し、高さ方向、炉長（奥行き）方向とも目地モルタル程度にて膨脹吸収（全て新煉瓦前提の膨脹量程度の目地を想定）して、図９に示すように、従来通りの網目状（フランス積み様）の煉瓦積みをして昇温してみた。斜線で示す部分が新たに煉瓦積みした積み替え部分である。すると、図１０の点線で囲んだ部分に示すように、非補修部と補修部の境界部付近を中心に大きく迫り出すように変化が発生し、煉瓦崩れが起きて再積み替えの必要が生じた。このように、従来のように解体前と同様に煉瓦積みをして補修した場合には、現実には、炉壁煉瓦が大きく迫り出して変形することを確実に防止することが困難であった。また、昇温によって境界部を中心にして大きく迫り出す場合には、単純に上記特許文献１のような治具で昇温時に境界部近傍の迫り出しを拘束したとしても、他の部分で変形が起きて、やはり煉瓦崩れが発生するおそれがある。

これは、非補修部分の煉瓦について温度が降下し再度昇温した際の膨脹特性が予測できないことが原因と推定される。また、煉瓦は、３次元的に膨脹するため、高さ方向の膨脹特性についても考慮する必要がある。

本発明は、上記のような点に着目して成されたもので、コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁を構成する炉壁煉瓦の積み替えを行う熱間補修において、再昇温時の炉壁煉瓦の変形を抑制できる、コークス炉の補修方法を提供することを課題としている。

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）燃焼室と炭化室とが交互に並ぶコークス炉における、燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炉壁煉瓦を、部分的に積み替えて補修するコークス炉の補修方法において、
積み替え補修した炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部に、上下に貫通する目地を形成して前記炉壁煉瓦の積み替えを行い、
前記境界部及びその近傍において、少なくとも前記非補修部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように非補修側迫り出し防止部材と、少なくとも前記積み替え補修した炉壁部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように補修側迫り出し防止部材とを前記炭化室内に配置した後に、炉の昇温を行い、
昇温後に、前記積み替え補修した部分の煉瓦と前記非補修部分の煉瓦との境界部の隙間である目地に溶射材を溶射することを特徴とするコークス炉の補修方法。
（２）燃焼室と炭化室とが交互に並ぶコークス炉における、燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炉壁煉瓦を、部分的に積み替えて補修するコークス炉の補修方法において、
積み替え補修する炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部近傍の前記非補修部分の炉壁部分に、前記非補修部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように非補修側迫り出し防止部材を前記炭化室内に配置した後に、補修部分の炉壁煉瓦を解体し、
積み替え補修した炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部に、上下に貫通する目地を形成して前記炉壁煉瓦の積み替えを行い、
前記境界部及びその近傍において、少なくとも前記積み替え補修した炉壁部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように補修側迫り出し防止部材を前記炭化室内に配置した後に、炉の昇温を行い、
昇温後に、前記積み替え補修した部分の煉瓦と前記非補修部分の煉瓦との境界部の隙間である目地に溶射材を溶射することを特徴とするコークス炉の補修方法。
（３）炭化室の炉壁は、炉長方向及び高さ方向に並ぶ壁煉瓦と、燃焼室内を仕切るように積まれた仕切り煉瓦の小口部とで形成されることを特徴とする（１）または（２）に記載のコークス炉の補修方法。
（４）境界部の目地を形成する炉壁煉瓦に対し、開先加工を施すことを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のコークス炉の補修方法。

本発明によれば、コークス炉の炉壁煉瓦の再昇温時に補修部分と非補修部分の境界部の迫り出しを小さく抑えることが可能となり、熱間補修における炉壁煉瓦の変形を抑制できる。

本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

炉の構造：図１は、コークス炉を構成する、炭化室Ｔと燃焼室Ｎの並び、および炉を構成する煉瓦の配置例（煉瓦積みの例）を示す模式的平面図であり、図２は、炭化室Ｔと燃焼室Ｎとを隔てる炭化室Ｔの炉壁１を構成する煉瓦の煉瓦積み状態を示す側面図である。以下の図において、斜線で示す部分が、煉瓦積み替え範囲である。

燃焼室Ｎを構成する煉瓦を説明すると、炉長方向Ｘに且つ上下方向に複数段、積まれて炉壁１を構成する上記壁煉瓦２と、その壁煉瓦２に直交して、つまり炉幅方向Ｙに長手方向を向けた状態で上記燃焼室Ｎ側に設けられた仕切り煉瓦３（垂直焔道煉瓦など）とからなる。

仕切り煉瓦３は、燃焼室Ｎを所定間隔毎に仕切るように配置されていて、各仕切り位置で垂直に積み上げられることで、燃焼室Ｎ内を複数の室に仕切っている。上記仕切り煉瓦３は、長手方向（炉幅方向Ｙ）の一方の端部にのみ、長手方向（炉幅方向Ｙ）に突出するだぼ４が形成されている。そして、各仕切り煉瓦３のだぼ４の向きが積み上げ方向に沿って交互に反対向きとなるようにして垂直に積み上げられている。上記だぼ４の小口面の高さ寸法は、上記壁煉瓦２と同じ高さ寸法になっている。

そして、上記だぼ４が、壁煉瓦２の間に介在配置するように壁煉瓦２が煉瓦積みされることで、炉壁１を構成する壁煉瓦２は、フランス積み様に、上下の煉瓦と長手方向の位置がずれて配置されると共に、仕切り煉瓦３、特にだぼ４によって炉壁１の面外方向への変形が拘束される。すなわち、壁煉瓦２と、仕切り煉瓦３のだぼ４とが炉壁煉瓦を構成し、上記仕切り煉瓦３のだぼ４の端面（小口）も炉壁１の壁面の一部を構成することになる。

ここで、図１中、符号５は炉枠金物、符号６はフロント煉瓦、符号１３は、炉長方向Ｘへの煉瓦の変位を拘束するためのバックステーである。

補修方法：上記のような煉瓦構造のコークス炉を例にして、図１及び図２において斜線で示す煉瓦部分を積み替え補修する場合を例に説明する。

まず、炭化室Ｔ内を断熱材で保熱養生をした後に、補修すべき部分の壁煉瓦２及び仕切り煉瓦３を撤去して、新しい壁煉瓦２及び仕切り煉瓦３で積み替えを行う。

このとき、本実施形態では、図３のように、非補修部分の炉壁煉瓦と補修部分の炉壁煉瓦との境界部Ｋに、上下に貫通する目地７が形成されるように、補修側の壁煉瓦２における非補修側の煉瓦と炉長方向で隣り合う煉瓦（以下、境界部煉瓦２ａと記載する。）について、その長手方向の寸法を、加工により設定する。すなわち、境界部煉瓦２ａの一部については、他の壁煉瓦２と長手方向寸法が異なる。また、その境界部煉瓦２ａにおける境界部Ｋを向く端面（目地７を形成する端面）に開先加工８を施しておく。

上述のように非補修側の壁煉瓦２と境界部煉瓦２ａとの間に、炉の長手方向にスライド可能でかつ上下に貫通した空隙を形成するように目地７を設定する。ただし、境界部煉瓦２ａの非補修側の端部裏面は、仕切り煉瓦３の端面に対し炉長方向Ｘへスライド可能に当接させておく。

ここで、境界部Ｋにおける補修側の壁煉瓦２は、炉長方向Ｘにおいて、非補修部の壁煉瓦２と目地７を挟んで対向する部分と、仕切り煉瓦３のだぼ４側面と対向する部分とが高さ方向に交互に配置されて、非補修側の壁煉瓦２における目地側の端面が、上下方向に沿ってでこぼこになっている。このため、本実施形態では、炉長方向Ｘの目地７の幅を上下方向でそろえるために、上下のだぼ４間の空間に対して、補修用の小さな煉瓦９を設けている。

次に、図４のように、炭化室Ｔにおいて、上記非補修部分と補修部分の境界部Ｋ付近と、その境界部Ｋ付近と対向する炭化室Ｔの炉壁１との間に架け渡すようにして、壁煉瓦２の炭化室Ｔ側への迫り出しを防止するための、迫り出し防止部材を配置する。この迫り出し防止部材は、図４に示すように非補修側の壁煉瓦の迫り出しを防止する位置と、補修側の壁煉瓦の迫り出しを防止する位置との２箇所に配置する。図４において左側の１０Ａが非補修側の壁煉瓦の迫り出しを防止する非補修側迫り出し防止部材であり、右側の１０Ｂが補修側の壁煉瓦の迫り出しを防止する補修側迫り出し防止部材である。非補修側迫り出し防止部材１０Ａを配置するだけでも一定の効果があるが、非補修側迫り出し防止部材１０Ａを配置して仕切り煉瓦３の部分で壁煉瓦２の迫り出しを防止すると、隣に位置する新しい壁煉瓦２の部分の迫り出しが大きくなるので、この部分にも補修側迫り出し防止部材１０Ｂを配置して迫り出しを防止することが効果的である。

本実施形態の迫り出し防止部材１０は、図５のようにサポート煉瓦を配置することで実現している。

迫り出し防止部材であるサポート煉瓦１０の配置は、対向する炉壁１間に架け渡すようにして、２個の並形煉瓦１０ａを横向きに並べて配置する。この２個の並形煉瓦１０ａからなる組を、上下方向に所定間隔毎に配置する。また、上下の並形煉瓦１０ａの間を保持及び支持するように、長手方向を上下に向けた支柱煉瓦１０ｂを配置して、高さ位置を保持する。

なお、上記並形煉瓦１０ａは、炭化室Ｔの寸法に合わせて加工を施しておく。また、昇温前の上記設置の際には、若干の余裕を持たして、若干の壁煉瓦２の迫り出しを許容可能な状態にしておく。すなわち、過剰な拘束とならないようにしておく。

ここで、非補修側迫り出し防止部材１０Ａは、煉瓦の解体前に設置して、煉瓦解体時における温度降下による煉瓦壁の迫り出し防止にも使用することができる。この場合は、補修部分の煉瓦の積み替え後に、補修側迫り出し防止部材１０Ｂのみを配置して、炉の昇温を行う。

以上のように、補修部分の煉瓦の積み替え、迫り出し防止部材としてのサポート煉瓦１０を設置した状態で、炉を煉瓦の変態点（例えば６００℃）以上に昇温する。目的の温度まで昇温したら、窒口から長い棒状の治具を挿入して押したり引いたりすることで、上記サポート煉瓦１０を崩し、そのサポート煉瓦１０を撤去する。

次に、図６のように、非補修部分と補修部分との境界部Ｋの目地７に対し、溶射材１２を吹き付ける溶射施工を施して目地７部分を埋める。

このとき、図７に示すように境界部Ｋの隙間と窒口（フロント）部で膨脹吸収し迫り出しがないのが理想形であるが、実際には、境界部Ｋを中心にして若干、迫り出す変形がある。主な理由は、既存の煉瓦と新しい煉瓦の膨脹特性が異なるためと思われる。

このため、上記溶射の施工は、境界部Ｋの他に迫り出し変形が発生した部分にも行う。

次に、図８のように、炭化室Ｔ側に迫り出した変形部分を、サンドブラストなどの研磨装置１１でカッティングして整形する。

そして、そのままの状態で、炉として稼働を再開する。

作用効果：煉瓦を積み替えて昇温すると、非補修部の煉瓦も補修部の煉瓦も共に膨脹する。上記煉瓦の膨脹は３次元的に発生、つまり炉長方向にも生じると共に上下方向にも生じる。ここで、新たに積み替えた煉瓦については、ある程度、膨脹特性が推定可能ではあるが、既存の煉瓦については、熱衝撃を繰り返し受け且つ再加熱であることから膨脹特性を精度良く推定することが出来ない。そして、既存の煉瓦と、積み替えた新規な煉瓦との膨脹特性は異なることが通常であるため、従来のように、補修部の煉瓦の積み替えを積み替え前と同様に、左右前後の煉瓦が編み目状態に組み込まれる場合には、境界部Ｋでは、煉瓦の膨脹特性が異なる煉瓦同士を組み込んでいることから、境界部Ｋを中心にして大きく迫り出すように変形が発生するおそれが大きい。

これに対し、炉壁１における、非補修部分の煉瓦と補修部分の煉瓦の境界部Ｋの目地７（継目）を、長手方向に膨脹を吸収するための空隙を形成することで長手方向の膨脹を吸収すると共に、当該目地７を上下にも延びるように貫通して設定することで、非補修部の煉瓦と補修部の煉瓦の縁を上下にも切ってあるため、非補修部の煉瓦の膨脹特性と補修部の膨脹特性が異なっても、その影響による境界部Ｋの変形を緩和出来る。

なお、上記目地７の炉長方向Ｘの幅を大きく取れば、炉長方向Ｘの膨脹を完全に吸収することが出来るが、実際には、目地の幅を余り大きくとることが出来ないので、完全に膨脹による迫り出しを吸収できないおそれがある。このため、さらに、迫り出し防止部材であるサポート煉瓦１０で、迫り出しによる変形を更に小さく抑えることで、煉瓦の崩れ発生を更に抑えている。

また、上記のように境界部Ｋの目地７を大きく取っているが、その部分を塞ぐ際に、開先加工を施してあるので、接合面積を大きくして溶射による接合ができるだけ強くなるようにしている。

なお、上記実施形態では、非補修部と補修部との境界部Ｋにおける目地７の幅を同じにするために、非補修部側の凹みに、小さな煉瓦９を入れているが、その小さな煉瓦の代わりに溶射によってその凹み部分も埋めるようにしても良い。ただし、そのようにすると溶射量が増える等の難点がある。

さらに、仕上げとして、迫り出し部分を整形することで、炭化室Ｔのコークスの押し出しが容易に可能となる。

ここで、上記実施形態では、炉の端側を積み替え補修する例であるが、炉の途中を積み替え補修する場合であっても本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、迫り出し防止部材１０を撤去し易いようにサポート煉瓦で構成したが、これに限定されない。ただし、迫り出し防止部材１０は昇温後に撤去可能である必要がある。迫り出し防止部材１０を煉瓦で構成した場合は、昇温後に崩して、コークスとともに押し出して処理することができる。

本発明に基づく実施形態に係るコークス炉を示す模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る炭化室の炉壁を示す側面図である。 本発明に基づく実施形態に係る境界部Ｋの目地を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る迫り出し防止部材を配置した状態を示す模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る迫り出し防止部材を示す炉長方向からみた図である。 本発明に基づく実施形態に係る溶射工程を示す図である。 理想形を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る迫り出し部の整形例を示す図である。 積み替え例を示す図である。 昇温による問題点を説明する図である。

符号の説明

１ 炉壁
２ 壁煉瓦
２ａ 境界部煉瓦
３ 仕切り煉瓦
４ だぼ
５ 炉枠金物
６ フロント煉瓦
７ 目地
８ 開先加工
９ 小さな煉瓦
１０ 迫り出し防止部材（サポート煉瓦）
１０Ａ 非補修側迫り出し防止部材
１０Ｂ 補修側迫り出し防止部材
１０ａ 並形煉瓦
１０ｂ 支柱煉瓦
１１ 研磨装置
１２ 溶射材
１３ バックステー
Ｎ 燃焼室
Ｔ 炭化室
Ｋ 境界部
Ｘ 炉長方向
Ｙ 炉幅方向

Claims (4)

1. 燃焼室と炭化室とが交互に並ぶコークス炉における、燃焼室を区画する炭化室の炉壁であって、炉幅方向で対向する一対の炉壁を構成する炉壁煉瓦を含む、炉長方向に沿って窯口から１以上の仕切り煉瓦に至る範囲にある前記燃焼室を区画する煉瓦を積み替えて補修するコークス炉の補修方法において、
   積み替え補修した炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部に、上下に貫通する目地を形成して前記炉壁煉瓦の積み替えを行い、
   前記境界部及びその近傍において、少なくとも前記非補修部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように非補修側迫り出し防止部材と、少なくとも前記積み替え補修した炉壁部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように補修側迫り出し防止部材とを前記炭化室内に配置した後に、炉の昇温を行い、
   昇温後に、前記積み替え補修した部分の煉瓦と前記非補修部分の煉瓦との境界部の隙間である目地に溶射材を溶射することを特徴とするコークス炉の補修方法。
2. 燃焼室と炭化室とが交互に並ぶコークス炉における、燃焼室を区画する炭化室の炉壁であって、炉幅方向で対向する一対の炉壁を構成する炉壁煉瓦を含む、炉長方向に沿って窯口から１以上の仕切り煉瓦に至る範囲にある前記燃焼室を区画する煉瓦を積み替えて補修するコークス炉の補修方法において、
   積み替え補修する炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部近傍の前記非補修部分の炉壁部分に、前記非補修部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように非補修側迫り出し防止部材を前記炭化室内に配置した後に、補修部分の炉壁煉瓦を解体し、
   積み替え補修した炉壁部分と非補修部分の炉壁部分との境界部に、上下に貫通する目地を形成して前記炉壁煉瓦の積み替えを行い、
   前記境界部及びその近傍において、少なくとも前記積み替え補修した炉壁部分の炉壁煉瓦と、該炉壁煉瓦と炭化室の空間を挟んで対向する炉壁面との間に架け渡すように補修側迫り出し防止部材を前記炭化室内に配置した後に、炉の昇温を行い、
   昇温後に、前記積み替え補修した部分の煉瓦と前記非補修部分の煉瓦との境界部の隙間である目地に溶射材を溶射することを特徴とするコークス炉の補修方法。
3. 炭化室の炉壁は、炉長方向及び高さ方向に並ぶ壁煉瓦と、燃焼室内を仕切るように積まれた仕切り煉瓦の小口部とで形成され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補修方法。
4. 境界部の目地を形成する炉壁煉瓦に対し、開先加工を施す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補修方法。

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