JP5991479B2 - コークス炉の溶射補修体および溶射補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、室炉式コークス炉の炉壁煉瓦に施工される溶射補修体および溶射補修方法に関するものである。

室炉式コークス炉は、燃焼室と炭化室とが交互に配置され、高温の燃焼室の温度を炭化室内の石炭に炉壁煉瓦を介して伝熱させて石炭を乾留し、コークスを製造する窯炉である。建設から３０年以上使用するものもあり、不具合部分は補修しながら使用する。特に、炭化室の壁は、石炭装入時の急速な冷却やその後の昇温により熱履歴を受け、しかも石炭の装入や押出時の磨耗等で損傷する。そこで、損傷の度合いに応じて補修を実施し、延命を図っている。

この補修方法の一つとして溶射補修という方法がある。これは燃焼熱または金属酸化熱により溶融させた溶射材を炉壁煉瓦の損耗した凹部に吹き付けてその凹部を溶射材が硬化した溶射補修体で埋める補修方法であり、前者の溶融によるものを火炎溶射、後者の溶融によるものをテルミット溶射という。

従来の溶射補修体は、溶射補修体そのものの強度を上げたもの、溶射補修体の熱膨張率を炉壁煉瓦の熱膨張率と一致させたもの、溶射補修体の熱膨張率を炉壁煉瓦の熱膨張率と一致させるとともにその強度を高めたもの（例えば特許文献１参照）等が挙げられる。これらは、溶射補修体のみに着目したものである。しかし、使用している炉内を観察すると、しばしば、溶射補修体と一緒に炉壁煉瓦が剥離していることがあり、特に、３０年以上経過した老朽炉では、炉壁煉瓦が何らかの損傷を受けているためこの傾向がある。

一方、複数層よりなる溶射補修体のうち少なくとも一層が、煉瓦と溶射補修体との接着強度より低い接着強度をもつようにするという技術も知られている（例えば特許文献２参照）。しかし、溶射補修体の層間は双方溶融状態で接着しているのに対し、煉瓦と溶射補修体間は固相と液相の接着でありまた異材質間の接着であるから、一般に煉瓦と溶射補修体間の接着強度より、溶射補修体層間の接着強度の方が大きい。さらに、溶射補修体は一般に気孔を含むため、層間の接着強度より溶射補修体本体の強度の方が小さい。これらのことから、この技術を実現するためには溶射補修体内にかなり強度の低い層を設ける必要があり、寿命の点で問題があった。

特開２０１１−０９４１９１号公報 特開２００２−１９５７６０号公報

上述した点から従来の技術では、溶射補修体が剥がれ落ちるときに炉壁煉瓦も一緒に剥離してしまうことがしばしばあるという不都合があった。

以上の実情に鑑み本発明は、寿命が長く、かつ剥離するときに母層である炉壁煉瓦に損傷を与えない溶射補修体および溶射補修方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決する本発明のコークス炉の溶射補修体は、室炉式コークス炉の炉壁煉瓦に施工される溶射補修体において、
前記溶射補修体は互いに接着した複数の溶射補修層から形成され、
前記複数の溶射補修層のうち炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度は２〜５ＭＰａであり、
前記複数の溶射補修層のうちその他の溶射補修層の曲げ強度は７ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。

なお、本発明のコークス炉の溶射補修体では、前記その他の溶射補修層の曲げ強度は１０ＭＰａ以上であると好ましい。

また、本発明のコークス炉の溶射補修体では、前記その他の溶射補修層は互いに接着した複数の溶射補修層から形成され、
前記複数のその他の溶射補修層のうち最外層以外の少なくとも１層の溶射補修層の曲げ強度が他の層の曲げ強度よりも低いと好ましい。

一方、前記課題を解決する本発明のコークス炉の溶射補修方法は、室炉式コークス炉の炉壁煉瓦に施工される溶射補修方法において、
前記炉壁煉瓦の補修箇所に最内層の溶射補修層を接着形成するとともにその上に少なくとも１層のその他の溶射補修層を接着形成することで溶射補修体を形成し、
前記炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度を２〜５ＭＰａとし、
前記その他の溶射補修層の曲げ強度を７ＭＰａ以上とすることを特徴とするものである。

なお、本発明のコークス炉の溶射補修方法では、前記その他の溶射補修層の曲げ強度を１０ＭＰａ以上とすると好ましい。

また、本発明のコークス炉の溶射補修方法では、前記その他の溶射補修層を互いに接着した複数の溶射補修層から形成し、
前記複数のその他の溶射補修層のうち最外層以外の少なくとも１層の溶射補修層の曲げ強度を他の層の曲げ強度よりも低くすると好ましい。

さらに、本発明のコークス炉の溶射補修方法では、前記溶射補修体をテルミット溶射によって形成することとすると好ましい。

本発明のコークス炉の溶射補修体および溶射補修方法によれば、炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度を、一般にコークス炉の炉壁煉瓦の曲げ強度に等しいかそれより低い曲げ強度である２ＭＰａ〜５ＭＰａとし、石炭あるいはコークスの磨耗に晒されるその他の溶射補修層の曲げ強度を操業中の炉壁煉瓦の曲げ強度に等しいかそれより高い７ＭＰａ以上、好ましくは１０ＭＰａ以上とするので、損耗に対する寿命を長くでき、かつ損耗が進んだ場合に母層である炉壁煉瓦に損傷を与えずに最内層の溶射補修層で剥離させることができる。

室炉式コークス炉の炭化室の炉壁煉瓦に本発明の一実施形態の溶射補修方法によって施工した、本発明の溶射補修体の一実施形態を示す断面図である。

以下に、本発明のコークス炉の溶射補修体の一実施形態および本発明のコークス炉の溶射補修方法の一実施形態を、図示例に基づき詳細に説明する。本発明者らは、溶射補修をした炉壁の損傷状況を観察し、前述のとおり、溶射補修体が炉壁煉瓦を伴って剥離していることがしばしばあることに着目した。しかも、剥離は溶射から数ヶ月以上経過した後に起こり、その溶射補修体はある程度薄くなっていることが分かった。このことから、溶射補修体はある程度石炭あるいはコークスの磨耗に晒され、凹部が大きく深くなるにつれて抵抗が大きくなり、炉壁煉瓦と共に剥離していると考えた。

従って、溶射直後に石炭あるいはコークスに接するのは、出来るだけ磨耗しにくい強度の大きい溶射補修体が良く、ある程度損傷が進んだ後は、母層の炉壁煉瓦を損傷することなく剥離する溶射補修体が、窯の延命には良い。すなわち、複数の溶射補修層から形成される溶射補修体において、炉壁煉瓦と接着する溶射補修層の曲げ強度を壁煉瓦の曲げ強度以下とし、その他の溶射補修層の曲げ強度は炉壁煉瓦と接着する溶射補修層の曲げ強度より大きくするのが良い。なお、溶射補修層の曲げ強度を変える方法としては、例えば特許文献１に記載されているように材料を変えたり、特許文献２に記載されているように材料の供給速度や溶射ノズルの移動速度を変え、あるいは酸素量を変えたりする等、いくつかの方法があり、曲げ強度を変える方法に特段の制約はない。

さらに、炉壁煉瓦の炭化室側の部分は初期の珪石煉瓦に比べて損傷を受け、曲げ強度が低下している。本発明者は使用中の室炉式コークス炉の炉壁煉瓦を採取し、詳細に調査したところ、曲げ強度で５〜７ＭＰａであった。従って、炉壁煉瓦と接着する溶射補修層の圧縮強度はこの強度より低くする必要がある。但し、２ＭＰａ未満では、石炭あるいはコークスの磨耗に晒された溶射補修体が容易に剥れてしまう。一方、それ以外の溶射補修層は操業に伴う磨耗に耐えるものがよい。耐磨耗性は強度と相関があり、強度が大きいもの程耐磨耗性が良好である。特に曲げ強度が１０ＭＰａ以上のもので損耗効果が大きい。

このことから本実施形態の溶射補修体は、本実施形態の溶射補修方法に従い、図１に示すように、室炉式コークス炉の炉壁煉瓦１の、図中仮想線で示す当初の表面１ａから損耗して後退した補修時の表面１ｂに、テルミット溶射によって、先ずその炉壁煉瓦１の表面１ａに接着する最内層の溶射補修層２を接着形成し、次いでその最内層の溶射補修層２の表面上にその他の溶射補修層３を接着形成して、２層の溶射補修層２，３により溶射補修体を形成するとともに、この溶射補修層３を最外層として、その表面３ａを炭化室に露出させる。

ここで、最内層の溶射補修層２は曲げ強度を２ＭＰａ〜５ＭＰａとし、その他の溶射補修層３は曲げ強度を７ＭＰａ以上、好ましくは１０ＭＰａ以上とする。

以下の表１に、実炉で実施した溶射試験結果を示す。溶射補修体に対応させた表１中の溶射体の曲げ強度は、予め実験室実験で模擬煉瓦に実炉での試験と同じ条件でテルミット溶射した溶射体の測定結果である。また、溶射体の厚さ比率は、初期の溶射体厚さに対する３ヶ月後の溶射体厚さの比率を表している。

この表１中の、曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｒ ２２１３に準じて実施した。また、厚さ比率は、レーザー距離計を用いて、溶射直前、直後、３ヶ月後の３回の測定結果の差分より算定した。さらに、溶射体の脱落日数の評価方法は、目視観察によった。そして、剥離煉瓦の厚さは、レーザー距離計を用いて溶射直前と剥落時の測定値の差分より算定した。

本発明の実施形態に含まれる実施例１〜１２では、溶射体の残存が大きく良好である。また、溶射体剥離時の既存炉壁煉瓦の剥離量もほとんどない。対して、比較例１〜２は、煉瓦と接着する溶射体の強度を高くしたものである。溶射体剥離時の既存炉壁煉瓦の剥離量が多く、炉自体に損傷を与えている。また比較例３〜６は、煉瓦と接着する溶射体以外の溶射体の強度が低い場合である。溶射体の損耗が大きく、早期に凹みが生じ、コークス押し出し時の負荷が大きくなるため、石炭の軽装入が必要になり生産性が悪化する。特に比較例５〜６は剥離確認前に押し詰まりが頻発し、そこで評価を中断したため、脱落日数、脱落時の剥離れんが厚さは評価できなかった。

上述した点から明らかなように、コークス炉の炉壁煉瓦を補修するにあたり、本実施形態の溶射補修方法によって本実施形態の溶射補修体を施工すれば、損耗に対する寿命を長くでき、かつ損耗が進んだ場合に母層である炉壁煉瓦に損傷を与えずに最内層の溶射補修層で剥離させることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができる。すなわち例えば、上記実施形態は何れも溶射補修体を２層の溶射補修層から形成したが、本発明の溶射補修体および溶射補修方法はこれに限られず、溶射補修体を３層以上の溶射補修層から形成するとともに、炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層以外のその他の溶射補修層を互いに接着した複数の溶射補修層から形成し、その複数のその他の溶射補修層のうち最外層以外の少なくとも１層の溶射補修層の曲げ強度を他の層よりも低くしても良く、この場合には損耗が進むと他の層よりも曲げ強度が低い溶射補修層で剥離するので、炉壁煉瓦の損傷をより確実に防止することができる。

かくして本発明のコークス炉の溶射補修体および溶射補修方法によれば、炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度を、一般に稼動中のコークス炉の炉壁煉瓦の曲げ強度に等しいかそれより低い曲げ強度である２ＭＰａ〜５ＭＰａとし、石炭あるいはコークスの磨耗に晒されるその他の溶射補修層の曲げ強度を操業中の炉壁煉瓦の曲げ強度に等しいかそれより高い７ＭＰａ以上、好ましくは１０ＭＰａ以上とするので、損耗に対する寿命を長くでき、かつ損耗が進んだ場合に母層である炉壁煉瓦に損傷を与えずに最内層の溶射補修層で剥離させることができる。

符号の簡単な説明

１ 炉壁煉瓦
１ａ 初期の炭化室側表面
１ｂ 損耗した炭化室側表面
２ 最内層の溶射補修層
３ その他の溶射補修層
３ａ その他の溶射補修層の表面

Claims (7)

1. 室炉式コークス炉の炉壁煉瓦に施工される溶射補修体において、
   前記溶射補修体は互いに接着した複数の溶射補修層から形成され、
   前記複数の溶射補修層のうち炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度は２〜５ＭＰａであり、
   前記複数の溶射補修層のうちその他の溶射補修層の曲げ強度は７ＭＰａ以上であることを特徴とするコークス炉の溶射補修体。
2. 前記その他の溶射補修層の曲げ強度は１０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１記載のコークス炉の溶射補修体。
3. 前記その他の溶射補修層は互いに接着した複数の溶射補修層から形成され、
   前記複数のその他の溶射補修層のうち最外層以外の少なくとも１層の溶射補修層の曲げ強度が他の層の曲げ強度よりも低いことを特徴とする、請求項１または２記載のコークス炉の溶射補修体。
4. 室炉式コークス炉の炉壁煉瓦に施工される溶射補修方法において、
   前記炉壁煉瓦の補修箇所に最内層の溶射補修層を接着形成するとともにその上に少なくとも１層のその他の溶射補修層を接着形成することで溶射補修体を形成し、
   前記炉壁煉瓦と接着する最内層の溶射補修層の曲げ強度を２〜５ＭＰａとし、
   前記その他の溶射補修層の曲げ強度を７ＭＰａ以上とすることを特徴とするコークス炉の溶射補修方法。
5. 前記その他の溶射補修層の曲げ強度を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする、請求項４記載のコークス炉の溶射補修方法。
6. 前記その他の溶射補修層を互いに接着した複数の溶射補修層から形成し、
   前記複数のその他の溶射補修層のうち最外層以外の少なくとも１層の溶射補修層の曲げ強度を他の層の曲げ強度よりも低くしたことを特徴とする、請求項４または５記載のコークス炉の溶射補修方法。
7. 前記溶射補修体をテルミット溶射によって形成することを特徴とする、請求項４から６までの何れか１項記載のコークス炉の溶射補修方法。

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